2274: O Bosão de Higgs, a estranha partícula que rendeu um Nobel, celebra sete anos

CIÊNCIA

azure_radiation / Flickr
Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

O Bosão de Higgs, também celebrizado como “A Partícula de Deus”, assinala esta quinta-feira, 4 de Julho, o sétimo aniversário do anúncio da sua descoberta, noticia a agência de notícias Europa Press.

Esta estranha partícula, que rendeu o Nobel da Física em 2013, é a partícula elementar proposta no Modelo Padrão de partículas que confere massa à matéria no Universo. Na prática, era a peça-chave que faltava encaixar no modelo.

Baptizada em homenagem a Peter Higgs, o físico britânico que, juntamente com outros cientistas, propôs em 1964 o mecanismo de Higgs para explicar a origem da massa das partículas subatómicas no Cosmos. Quase meio século depois, Higgs e François Englert receberam o Prémio Nobel de Física pelo seu trabalho.

Em 2012, o CERN (Laboratório Europeu de Física de Partículas) anunciou a observação de uma nova partícula no Grande Colisionador de Hadrões (LHC), cujas características eram consistentes com o tão procurado Bosão de Higgs.

Apesar de a observação precisar de mais tempo e dados antes da sua confirmação oficial, a revista científica Science considerou-a a maior descoberta de 2012.

Um ano depois, a 14 de Março de 2013, com o dobro dos dados, os cientistas do CERN foram capazes de determinar a forma pela qual a nova partícula interage com outras partículas e as suas propriedades quânticas e, juntamente com as interacções medidas com outras partículas, indicaram fortemente que se tratava do Bosão de Higgs.

Pelo seu 10.º aniversário, o CERN rotulou o Bosão de Higgs como a maior herança do LHC. “Foi a maior descoberta da Física dos últimos anos, a maior herança do LHC”, explicou, o director do CERN, Frédérick Bordry, em declarações à agência Lusa em de 2018.

De acordo com o CERN, as conexões de Higgs com muitos dos mistérios atuais mais profundos da física significam que o Higgs permanecerá um foco de actividades para os experimentalistas e teóricos no futuro previsível.

Apesar do grande avanço para a Física de Partículas, emergiram outras questões. Resta saber se o Bosão de Higgs é realmente a partícula prevista pelo Modelo Padrão ou se é o mais leve bosão previsto noutras teorias que vão para lá do modelo.

Segundo o CERN, esta partícula elementar, que está ainda na sua “infância”, continuar a ter várias conexões com muitos dos mistérios da Física. Pelo sétimo aniversário da sua confirmação, há uma coisa que é certa: “A Partícula de Deus” continuará a ser o foco de várias investigações teóricas e científicas no futuro próximo.

É a Física de Partículas que sai a ganhar.

SA, ZAP // Europa Press

Por SA
4 Julho, 2019

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2139: Físicos estão à procura de uma partícula de Deus gigante. Pode selar o destino do Universo

CIÊNCIA

(CC0/PD) insspirito / pixabay

O Bosão de Higgs, celebrizado como “Partícula de Deus”, é uma peça de um campo que permeia todo o espaço-tempo. Interage com muitas partículas, como electrões e quarks, fornecendo massa a essas partículas.

Quando, em 2012, os cientistas do Grande Colisionador de Hadrões, LHC, confirmaram a existência do Higgs foi um grande avanço. A descoberta preencheu a última peça que faltava no Modelo Padrão da Física, que explica o comportamento das minúsculas partículas subatómicas. A descoberta veio também a confirmar as suposições básicas dos físicos sobre a forma como o universo funciona.

Mas o Higgs que os cientistas encontraram é surpreendentemente leve. Segundo as estimativas, deveria ter sido muito mais pesado. Isso abre uma questão interessante: vimos um Bosão de Higgs, mas é o único? Há mais vagueando por aí?

Apesar de não haver ainda nenhuma evidência de um Higgs mais pesado, uma equipa de investigadores está à sua procura. Há rumores de que, à medida que os protões são esmagados no interior do colisionador, Higgs pesadas e até mesmo partículas de Higgs feitas de vários tipos de Higgs podem sair de onde se escondem.

Se o Higgs pesado realmente existe, precisamos de reconfigurar a nossa compreensão do Modelo Padrão da física de partículas com a nova descoberta de que há muito mais. E dentro dessas complexas interacções, pode haver uma pista para tudo, desde a massa da partícula fantasmagórica de neutrinos até o destino final do universo.

Sem o bosão de Higgs, praticamente todo o Modelo Padrão desaba. Mas para falar sobre o bóson de Higgs, primeiro precisamos de entender como o Modelo Padrão vê o universo. Na nossa melhor concepção do mundo subatómico usando o Modelo Padrão, o que pensamos como partículas não é muito importante. Em vez disso, existem campos.

Esses campos permeiam e absorvem todo o espaço e o tempo. Existe um campo para cada tipo de partícula: um para electrões, outro para fotões e assim por diante. O que se pensa como partículas são pequenas vibrações locais nos seus campos particulares.

O bosão de Higgs tem um tipo especial de campo. Como os outros campos, permeia todo o espaço e o tempo e também consegue interagir com os campos de todos os outros. Mas o campo de Higgs tem dois trabalhos muito importantes para fazer que não podem ser alcançados por nenhum outro campo.

O primeiro é conversar com os bosões W e Z, os portadores da força nuclear fraca. Ao falar com esses outros bosões, o Higgs consegue dar-lhes massa e garantir que fiquem separados dos fotões, os portadores da força electromagnética. Sem a interferência do Higgs, todas as operadoras seriam misturadas e essas duas forças se fundiriam. O outro é falar com outras partículas, como electrões. Através das conversas, também lhes dá massa.

Tudo isto foi trabalhado na década de 1960 através de uma série de matemática complicada, mas há um problema na teoria: não há uma maneira real de prever a massa exacta do bosão de Higgs. Quando se procura a partícula, não se sabe exactamente o que e onde se vai encontrá-la.

Em 2012, cientistas do LHC anunciaram a descoberta do bosão de Higgs depois de descobrirem que algumas das partículas que representam o campo de Higgs foram produzidas quando os protões foram esmagados um no outro a velocidades próximas à da luz. As partículas tinham uma massa de 125 gigaelectrão-volts (GeV), equivalente a 125 protões – pesado, mas não incrivelmente grande.

Os físicos não tinham uma previsão firme para a massa do bosão de Higgs. Mas existem algumas meias-previsões sobre a massa do bosão de Higgs com base na maneira como interage com outra partícula, o quark superior. Esses cálculos prevêem um número muito superior a 125 GeV. Porém, as previsões podem estar erradas.

Poderia haver uma infinidade de bosões de Higgs que são muito pesados ​​para vermos com nossa actual geração de colisionadores de partículas. Algumas teorias especulativas que impulsionam o conhecimento da física além do Modelo Padrão prevêem a existência desses bosões pesados ​​de Higgs. A natureza exacta desses caracteres adicionais de Higgs depende da teoria que vai de apenas um ou dois campos de Higgs extra-pesados ​​até estruturas compostas feitas de vários tipos diferentes de bosões de Higgs juntos.

Teóricos estão a tentar encontrar qualquer maneira possível de testar as teorias, uma vez que a maioria delas é simplesmente inacessível às experiências atuais. Num artigo recente submetido ao Journal of High Energy Physics, e publicado na revista pré-impressa arXiv, uma equipa de físicos avançou uma proposta para procurar a existência de mais bosões de Higgs, com base na maneira peculiar como as partículas podem decair em partículas mais leves e mais facilmente reconhecíveis, como electrões, neutrinos e fotões.

No entanto, esses decaimentos são extremamente raros, de modo que, embora possamos, em princípio, encontrá-los com o LHC, serão necessários muito mais anos para recolher dados suficientes.

ZAP //

Por ZAP
8 Junho, 2019



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2121: Physicists Search for Monstrous Higgs Particle. It Could Seal the Fate of the Universe.

Credit: Shutterstock

We all know and love the Higgs boson — which to physicists’ chagrin has been mistakenly tagged in the media as the “God particle” — a subatomic particle first spotted in the Large Hadron Collider (LHC) back in 2012. That particle is a piece of a field that permeates all of space-time; it interacts with many particles, like electrons and quarks, providing those particles with mass, which is pretty cool.

But the Higgs that we spotted was surprisingly lightweight. According to our best estimates, it should have been a lot heavier. This opens up an interesting question: Sure, we spotted a Higgs boson, but was that the only Higgs boson? Are there more floating around out there doing their own things?

Though we don’t have any evidence yet of a heavier Higgs, a team of researchers based at the LHC, the world’s largest atom smasher, is digging into that question as we speak. And there’s talk that as protons are smashed together inside the ring-shaped collider, hefty Higgs and even Higgs particles made up of various types of Higgs could come out of hiding. [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk in the Universe]

If the heavy Higgs does indeed exist, then we need to reconfigure our understanding of the Standard Model of particle physics with the newfound realization that there’s much more to the Higgs than meets the eye. And within those complex interactions, there might be a clue to everything from the mass of the ghostly neutrino particle to the ultimate fate of the universe.

Without the Higgs boson, pretty much the whole Standard Model comes crashing down. But to talk about the Higgs boson, we first need to understand how the Standard Model views the universe.

In our best conception of the subatomic world using the Standard Model, what we think of as particles aren’t actually very important. Instead, there are fields. These fields permeate and soak up all of space and time. There is one field for each kind of particle. So, there’s a field for electrons, a field for photons, and so on and so on. What you think of as particles are really local little vibrations in their particular fields. And when particles interact (by, say, bouncing off of each other), it’s really the vibrations in the fields that are doing a very complicated dance. [The 12 Strangest Objects in the Universe]

The Higgs boson has a special kind of field. Like the other fields, it permeates all of space and time, and it also gets to talk and play with everybody else’s fields.

But the Higgs’ field has two very important jobs to do that can’t be achieved by any other field.

Its first job is to talk to the W and Z bosons (via their respective fields), the carriers of the weak nuclear force. By talking to these other bosons, the Higgs is able to give them mass and make sure that they stay separated from the photons, the carriers of electromagnetic force. Without the Higgs boson running interference, all these carriers would be merged together and those two forces would merge together.

The other job of the Higgs boson is to talk to other particles, like electrons; through these conversations, it also gives them mass. This all works out nicely, because we have no other way of explaining the masses of these particles.

This was all worked out in the 1960s through a series of complicated but assuredly elegant math, but there’s just one tiny hitch to the theory: There’s no real way to predict the exact mass of the Higgs boson. In other words, when you go looking for the particle (which is the little local vibration of the much larger field) in a particle collider, you don’t know exactly what and where you’re going to find it. [The 11 Most Beautiful Mathematical Equations]

In 2012, scientists at the LHC announced the discovery of the Higgs boson after finding a few of the particles that represent the Higgs’ field had been produced when protons were smashed into one another at near light-speed. These particles had a mass of 125 gigaelectronvolts (GeV), or about the equivalent of 125 protons — so it’s kind of heavy but not incredibly huge.

At first glance, all that sounds fine. Physicists didn’t really have a firm prediction for the mass of the Higgs boson, so it could be whatever it wanted to be; we happened to find the mass within the energy range of the LHC. Break out the bubbly, and let’s start celebrating.

Except that there are some hesitant, kind-of-sort-of half-predictions about the mass of the Higgs boson based on the way it interacts with yet another particle, the top quark. Those calculations predict a number way higher than 125 GeV. It could just be that those predictions are wrong, but then we have to circle back to the math and figure out where things are going haywire. Or the mismatch between broad predictions and the reality of what was found inside the LHC could mean that there’s more to the Higgs boson story.

There very well could be a whole plethora of Higgs bosons out there that are too heavy for us to see with our current generation of particle colliders. (The mass-energy thing goes back to Einstein’s famous E=mc^2 equation, which shows that energy is mass and mass is energy. The higher a particle’s mass, the more energy it has and the more energy it takes to create that hefty thing.)

In fact, some speculative theories that push our knowledge of physics beyond the Standard Model do predict the existence of these heavy Higgs bosons. The exact nature of these additional Higgs characters depends on the theory, of course, ranging anywhere from simply one or two extra-heavy Higgs fields to even composite structures made of multiple different kinds of Higgs bosons stuck together.

Theorists are hard at work trying to find any possible way to test these theories, since most of them are simply inaccessible to current experiments. In a recent paper submitted to the Journal of High Energy Physics, and published online in the preprint journal arXiv, a team of physicists has advanced a proposal to search for the existence of more Higgs bosons, based on the peculiar way the particles might decay into lighter, more easily-recognizable particles, such as electrons, neutrinos and photons. However, these decays are extremely rare, so that while we can in principle find them with the LHC, it will take many more years of searching to collect enough data.

When it comes to the heavy Higgs, we’re just going to have to be patient.

Originally published on Live Science.
By Paul Sutter, Astrophysicist



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1178: A “Partícula de Deus” pode ter salvado o Universo do colapso cósmico

CIÊNCIA

NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

O Universo vai expandir-se para sempre ou, eventualmente, entrará em colapso? Esta é uma questão que há anos tira o sono aos cientistas – e parece estar para ficar. Publicações recentes têm deixado a comunidade científica em polvorosa, trazendo mais dúvidas do que certezas.

O campo da Física está a fermentar. Neste momento, há uma nova conjectura que está a causar excitação na comunidade científica que estuda a Teoria das Cordas. Timm Wrase, da Universidade de Tecnologia de Viena, veio acender ainda mais o debate com a publicação de novos artigos científicos.

Na Teoria das Cordas, uma mudança de paradigma pode estar à espreita. No passado mês de Junho, uma equipa de teóricos das cordas, de Harvard e Caltech, publicou uma nova conjectura, que parecia bastante revolucionária.

De acordo com o artigo dos teóricos, disponibilizado para pré-publicação no Arxiv.org, a Teoria das Cordas é fundamentalmente incompatível com a nossa compreensão actual da energia escura – mas só a energia escura é que é capaz de explicar a atual e acelerada expansão do Universo.

O nosso Universo está envolvido por uma vasta e invisível força que parece opor-se à gravidade. Os físicos apelidaram esta força de energia escura e acreditam que esta esteja constantemente a empurrar o nosso Universo para fora – ou seja, a expandi-lo.

Mas, o artigo publicado em Junho sugere que a energia escura vai mudando com o tempo. Na prática, isto significa que o Universo pode não se expandir para sempre, podendo, eventualmente, entrar em colapso e tornar-se do tamanho que tinha antes do Big Bang.

Apesar de promissora, esta conjectura levantou quase de imediato várias questões, tendo vários grupos de cientistas publicado outros artigos nos quais sugeriam revisões à teoria apresentada pelos teóricos de Harvard e Caltech.

Também Wrase percebeu rapidamente que havia algo estranho com a teoria: da forma que está descrita, é incompatível com o bosão de Higgs, a partícula celebrizada como a “Partícula de Deus” – que sabemos existir, desde 2013, graças ao Grande Colisionador de Hadrões (LHC) localizado na fronteira da Suíça com a França.

De acordo com os seus cálculos, que contaram com a participação de cientistas da Universidade da Columbia em Nova York e da Universidade de Heidelberg, a hipótese do Universo em constante expansão não pode ainda ser descartada – e foi a partícula descoberta no LHC que causou o maior “buraco” na teoria revolucionária de Junho.

Ainda assim, explicou Wrase em declarações ao Live Science, a conjectura do Universo em colapso poderia ser viável, mas precisaria de alguns ajustes teóricos. O artigo que baralhou a teoria revolucionária sobre a Teoria das Cordas foi publicado no passado dia 2 de Outubro na revista Physical Review D.

Sinteticamente, o artigo de Junho sugere que a Teoria das Cordas – um dos maiores modelos no campo da Física – invalida a expansão infinita do universo. “As pessoas ficam muito emotivas porque, a ser verdade e a ser descoberta, seria espectacular”, disse Wrase.

O debate acalorado sobre a Teoria das Cordas e a energia escura continua um pouco por todo o mundo. Wrase espera que toda esta discussão conduza a avanços científicos.

“Toda esta controvérsia é boa para a Teoria das Cordas”, reitera o físico. De repente, muitas pessoas surgem com ideias completamente novas sobre as quais ninguém tinha pensado até então”.

A Teoria de Tudo

Já muito se disse e escreveu sobre a Teoria das Cordas. Esta teoria, também conhecida com a Teoria de Tudo, representa uma estrutura matematicamente elegante para unir a teoria da Relatividade Geral de Einstein à Mecânica Quântica. No entanto, e tal como nota a Phys.org, ainda não foi comprovada experimentalmente.

A Teoria das Cordas é, no fundo, uma teoria da unificação, uma vez que propõe relacionar a gravidade à física quântica, entendendo as leis da natureza, que descrevem todo o mundo físico desde de as partículas mais pequenas até à maior estrutura do Universo.

Nesta hipótese, as cordas são os blocos fundamentais da matéria. A teoria sugere que as partículas que compõem o universo não são realmente pontos, mas antes cordas uni-dimensionais que vibram.

Para que a Teoria das Cordas seja uma explicação viável para o Universo, deve incorporar a energia escura. Originalmente, a ideia partiu de Einstein, que a adicionou como uma “constante cosmológica” à teoria da Relatividade Geral, de forma a construir um Universo que não se expande.

Quando, em 1929, o Hubble comprovou que o Universo estava efectivamente em expansão, Einstein retratou as suas equações e considerou este o maior erro da sua vida. Entretanto, com a descoberta da expansão acelerada do Universo, a constante cosmológica foi reintroduzida como energia escura no actual modelo padrão da cosmologia.

Para o bem da Ciência, as hipóteses que vão emergindo serão, pelo menos em parte, testadas experimentalmente. No futuro, a expansão do Universo será medida com mais precisão do que nunca – até lá, o debate promete continuar aceso.

Por SA
22 Outubro, 2018

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625: A Partícula de Deus tem um novo amigo

(CC0/PD) insspirito / pixabay

O Bosão de Higgs, celebrizado como “Partícula de Deus”, apareceu novamente no maior acelerador de partículas do mundo. Desta vez, surgiu ao lado de um quark top e um quark antitop, as mais pesadas partículas fundamentais conhecidas.

Esta nova descoberta poderá ajudar os cientistas a compreender melhor por que motivo as partículas fundamentais têm massa.

Quando, em 2013, os cientistas do Grande Colisionador de Hadrões, LHC, confirmaram a existência do Higgs foi um grande avanço. A descoberta preencheu a última peça que faltava no Modelo Padrão da Física, que explica o comportamento das minúsculas partículas subatómicas. A descoberta veio também a confirmar as suposições básicas dos físicos sobre a forma como o universo funciona.

No entanto, simplesmente encontrar o bosão de Higgs não explica todas as questões que os cientistas têm sobre como este se comporta. Esta nova observação começa agora a preencher as lacunas deixadas.

Tal como a Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN), a organização científica que opera o LHC, explicou num comunicado, um dos mistérios mais importantes na física de partículas são as diferenças de massa entre os fermiões, as partículas que compõem a matéria.

Um electrão, por exemplo, tem pouco menos de um milionésimo da massa de um quark top. Os investigadores acreditam que o bosão de Higgs, com o seu importante papel em explicar a origem da massa no universo, poderá ser a chave para este mistério.

Duas experiências – o Compact Muon Solenoid (CMS) e o A Toroidal LHC Apparatus (ATLAS) – observaram uma decadência que revelou que o Higgs se “une” fortemente ao super pesado quark superior, sugerindo uma estreita afinidade entre as partículas. Este resultado vai também ao encontro do que os físicos tinham previsto.

As novas medições “indicam fortemente que o bosão de Higgs tem um papel fundamental no grande valor da massa dos quarks top. Embora esta seja certamente uma característica fundamental no Modelo Padrão, “esta é a primeira vez que foi verificada experimentalmente com uma significância esmagadora”, disse Karl Jakobs, porta-voz da colaboração entre a ATLAS e o LHC.

As novas conclusões não são resultado de uma única observação, mas sim de um conjunto de sinais fracos recolhidos em várias observações, que foram sendo guardados até que os investigadores tivessem dados suficientes para ter a certeza do que estavam a testemunhar.

As conclusões foram publicados esta segunda-feira num artigo no Physical Review Letters.

O Grande Colisonador de Hadrões é o maior acelerador de partículas do mundo, instalado num túnel com 27 quilómetros de circunferência na fronteira entre a França e a Suíça. Em 2013, o laboratório ganhou destaque na imprensa internacional ao detectar o Bosão de Higgs, conhecido popularmente como a “partícula de Deus”.

ZAP // Live Science

Por ZAP
7 Junho, 2018

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431: A “partícula de Deus” pode já ter começado a destruir o Universo

JPL-Caltech / NASA

Um novo e controverso estudo sugere que, num qualquer lugar distante do espaço, um Bosão de Higgs pode colapsar (ou já ter colapsado), produzindo uma bolha de energia no vácuo em expansão – que acabará por nos engolir a todos.

O Bosão de Higgs, a famosa “Partícula de Deus“, foi descoberta em 2012, quase 50 anos depois de Peter Higgs ter postulado a sua existência, após décadas de pesquisa de físicos que a procuraram incansavelmente.

Segundo um novo estudo de uma equipa de cientistas da Universidade de Harvard, no Reino Unido, esta partícula sub-atómica pode um dia destruir o Universo. Mais do que isso, o irreversível processo até poderá já estar em curso.

De acordo com o estudo, publicado o mês passado na revista Physical Review, é possível que a mencionada partícula já tenha colapsado sobre si própria algures no espaço – caso em que irá brevemente produzir uma bolha de energia capaz de devorar o Universo.

Esta não é a primeira pesquisa na área da física de partículas com previsões apocalípticas, e diversos estudos avançaram até agora com cálculos sobre a forma como o Universo vai acabar – ou a data em que tal vai acontecer. Em todos eles, felizmente para nós e para os bisnetos dos nossos bisnetos, o Universo acaba daqui a um tempo incontável. As estimativas actuais prevêem o fim do Universo em 1×10100 anos.

Segundo explica Anders Andreassen, investigador da Universidade de Harvard e autor principal da pesquisa, “a destruição do Universo por um Bosão de Higgs é um fenómeno altamente improvável”. Mas, diz o físico, num Universo infinitamente grande, mesmo as coisas altamente improváveis se tornam inevitavelmente prováveis.

“Um dos objectivos do nosso estudo é o de corrigir todas as aproximações anteriores e obter a data mais exacta possível para a eventual destruição do Universo”, que, diz Andreassen, está até mais distante do que se pensava: tudo terminará com uma violenta explosão, daqui a cerca de 1×10139 anos. Um número com 139 zeros.

“A precisão extrema desta pesquisa é impressionante”, comenta Ruth Gregory, investigadora da Universidad de Durham, no Reino Unido, que questiona a validade das conclusões do novo estudo.

“Foram muito precisos, o que não foram é capazes de considerar a gravidade, nem explicar a matéria escura ou a energia escura”, diz à New Scientist a investigadora britânica. E, como convém, está lançada a controvérsia na comunidade científica.

O fim chegará sem nos darmos conta

A bolha de energia produzida pelo eventual colapso de um Bosão de Higgs, que até já pode ter acontecido, irá assim um dia atingir a Terra e engoli-la por completo (juntamente com uma boa parte deste lado do Universo conhecido).

Mas para os humanos (ou algo parecido) que então tenham a infelicidade de viver no nosso planeta, se ainda existir na altura, há uma espécie de boa notícia: nem vão aperceber-se do que lhes aconteceu.

Segundo os autores do estudo, a informação foi há muito tempo proibida pela Teoria da Relatividade de Einstein de viajar mais depressa do que a luz. “É excitante imaginar essa borbulha de energia negativa, a caminhar na nossa direcção, à velocidade da luz. Mas nunca a veremos chegar”, diz Andreassen.

Assim, será impossível saber com antecedência que o Fim do Mundo por Bosão de Higgs já aconteceu, e que não vale a pena pôr a roupa a lavar.

ZAP // N+1 / New Scientist

Por ZAP
3 Abril, 2018

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