Higgsogênese pode explicar matéria escura

Um enigma fundamental da cosmologia talvez possa ser solucionado pela descoberta do bóson de Higgs, em 2012.

© CERN (interações bósons-antibósons de Higgs)

Dois físicos sugerem que o Higgs teve um papel crucial no Universo primitivo ao produzir a diferença observada entre o número de partículas de matéria e antimatéria e determinar a densidade da misteriosa matéria escura que compõe cinco sextos da matéria no Universo.
Em um artigo aceito para publicação em Physical Review Letters, Sean Tulin, da University of Michiganem Ann Arbor, e Géraldine Servant, do Instituto Catalão de Pesquisa e Estudos Avançados em Barcelona, na Espanha, afirmam que pode ter havido uma assimetria entre o bóson de Higgs e seu complemento de antimatéria, o antibóson de Higgs, no Universo jovem.
Acredita-se que atualmente o Higgs não tenha uma antipartícula, mas o modelo cosmológico padrão permite a existência tanto de bósons de Higgs quanto de antibósons de Higgs no Universo muito jovem. A proposta de Tulin e Servant é que havia um desequilíbrio no número dessas partículas. Como o Higgs interage com a matéria comum, o desequilíbrio numérico entre as partículas e antipartículas de Higgs pode ter se manifestado através de uma assimetria na quantidade de matéria e antimatéria. “Realmente consideramos o Higgs um elemento-chave, ao passo que em muitas outras teorias cosmológicas ele é tido apenas como um subproduto”, diz Tulin.
Os cientistas apelidaram a ideia de Higgsogênese, nome inspirado na bariogênese, um processo no Universo jovem que, segundo a proposta, teria criado mais bárions (partículas que incluem prótons e nêutrons) que antibárions. “A Higgsogênese é uma alternativa”, sugere Tulin.
Partículas Perdidas
Tulin e Servant mostram que se o Higgs também interagiu com a matéria escura, por exemplo ao gerar partículas de matéria escura quando decai, ele poderia ter produzido uma proporção entre matéria escura e matéria visível exatamente igual à que observamos no Universo atual.
De acordo com Servant, uma consequência dessa forma de interação seria um novo teste em potencial para detectar a matéria escura que até agora provou ser tão difícil de ser observada diretamente.
Quando o Higgs decai e origina outras partículas no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês) no CERN, o laboratório europeu de física de partículas perto de Genebra, na Suíça, ele ocasionalmente forma partículas indetectáveis de matéria escura. Os decaimentos do Higgs no LHC ainda não foram suficientemente bem estudados para sabermos se isso de fato acontece, mas esse estudo pode acontecer futuramente, observa Servant.
Há outros grupos estudando a Higgsogênese.
Em julho, a teórica Sacha Davidson, da Universidade de Lyon, na França, e seus colegas divulgaram um artigo em que examinaram o que seria necessário para produzir a assimetria entre os bósons e antibósons de Higgs para dar início à Higgsogênese no Universo jovem. Eles constataram que uma teoria relativamente simples, em que o modelo padrão da física de partículas inclui todas as partículas normais além de dois Higgs mais uma partícula extra parecida com a de Higgs, porém inobservável, pode produzir uma assimetria do tipo proposto por Servant e Tulin.
Manoj Kaplinghat, um físico teórico da University of California em Irvine, aprecia a proposta dos dois físicos devido à sua simplicidade. “Sabemos que o Higgs existe, sabemos que há uma assimetria entre matéria e antimtéria, e eles estão tentando juntar três fatos empíricos”, explica ele. “É uma abordagem minimalista e é isso que a torna interessante”.

Fonte: Nature

A descoberta do bóson de Higgs ganha Nobel

O belga François Englert e o escocês Peter W. Higgs foram outorgados com o Prêmio Nobel de Física de 2013, pela teoria de como as partículas adquirem massa.

© AFP (François Englert e Peter Higgs)

Em 1964, eles propuseram a teoria de forma independente um do outro (Englert, juntamente com o seu colega já falecido Robert Brout). A tentativa de Englert era a de usar o conceito de campos, como o campo elétrico e o magnético, para descrever também a maneira com que as partículas adquirem massa. Assim como a força eletromagnética é explicada pela interação com os fótons (partícula da luz), a massa seria explicada pela interação das partículas com uma outra partícula e outro campo. Englert lançou essa ideia, mas Higgs foi o primeiro a falar sobre propriedades dessa partícula, por isso o bóson acabou ganhando seu nome. A diferença entre o campo de Higgs e um campo elétrico é que o primeiro não está circunscrito a um determinado espaço, mas permeia todo o Universo, ou seja é um campo escalar.

Em 2012, estas hipóteses foram confirmadas pela descoberta de uma chamada partícula de Higgs no laboratório CERN perto de Genebra, na Suíça.

A teoria premiada é uma parte central do Modelo Padrão da física de partículas que descreve como o mundo é construído. De acordo com o Modelo Padrão, tudo, desde flores e pessoas até estrelas e planetas, é composto por apenas alguns blocos de construção: partículas de matéria.

Todo o Modelo Padrão também repousa sobre a existência de um tipo especial de partículas: o bóson de Higgs, também conhecido como a "partícula de Deus". Esta partícula se origina de um campo invisível que preenche todo o espaço. Mesmo quando o Universo parece vazio este campo está lá. Sem ela, nós não existiríamos, porque é a partir do contato com o campo que as partículas adquirem massa. A teoria proposta por Englert e Higgs descreve este processo.

Em 4 de julho de 2012, no laboratório de física de partículas do CERN, a teoria foi confirmada pela descoberta de uma partícula de Higgs. O colisor de partículas do CERN, o LHC (Large Hadron Collider), é provavelmente a maior e mais complexa máquina já construída pelo homem. Dois grupos de pesquisa de cerca de 3.000 cientistas cada um, ATLAS e CMS, conseguiram extrair a partícula de Higgs de bilhões de colisões de partículas no LHC.

© Johan Jarnestad (bóson de Higgs complementa o Modelo Padrão)

Mesmo que seja uma grande conquista ter encontrado a partícula de Higgs, a peça que faltava no quebra-cabeça do Modelo Padrão, o Modelo Padrão não é a peça final do quebra-cabeça cósmico. Uma das razões para isso é que o Modelo Padrão trata certas partículas, neutrinos, como sendo praticamente sem massa, enquanto que estudos recentes mostram que eles realmente têm massa. Outra razão é que o modelo descreve apenas a matéria visível, o que representa apenas um quinto de toda a matéria no cosmos. Para encontrar a misteriosa matéria escura é um dos objetivos que os cientistas continuam na perseguição de partículas desconhecidas no CERN.

Higgs agradeceu ao prêmio em um comunicado divulgado pela Universidade de Edimburgo, onde é professor de Física Teórica. "Espero que este reconhecimento da ciência fundamental ajude a aumentar a consciência sobre a importância da pesquisa imaginativa", completou, ao agradecer a Real Academia de Ciências.

Fonte: The Royal Swedish Academy of Sciences

Novo modelo hipotético para Universo curvo

Vivemos em um Universo inclinado?!

© ESA/Planck Collaboration (oscilação da radiação cósmica de fundo)

Foi isso que os cosmólogos concluíram ao examinar a estrutura detalhada da radiação remanescente do Big Bang. Dois cosmólogos acabam de mostrar que os dados são consistentes com um Universo ligeiramente curvo, lembrando o formato de uma sela. Se o modelo estiver correto, a antiga convicção de que o cosmos é plano seria invalidada.
Em uma escala ampla, as medições de precisão da radiação cósmica de fundo (CMB) feitas pela sonda Wilkinson de Anisotropia em Microondas (WMAP) da NASA forneceram os primeiros sinais de uma assimetria em 2004.
Alguns especialistas ponderaram se a descoberta teria sido um erro sistemático que seria corrigido quando a sucessora da sonda da NASA, o satélite Planck da ESA mapeasse a CMB novamente com maior precisão. Mas os resultados do Planck, divulgados em março deste ano, confirmaram a anomalia.
Para explicar esse resultado, Andrew Liddle e Marina Cortês, da University of Edinburgh, no Reino Unido, propuseram um modelo de inflação cósmica, um período hipotético de rápida expansão logo após o Big Bang, em que o Universo expandiu exponencialmente em magnitude numa pequena fração de segundo.
A teoria da inflação cósmica mais simples afirma que o Universo é plano e que sua expansão é impulsionada por um único campo quântico chamado inflaton. Nesse modelo, o inflaton tem duas funções: ele desencadeou uma hiperexpansão e gerou minúsculas flutuações de densidade que se ampliaram e se tornaram sementes de galáxias.
Essa versão, porém, não explica a assimetria do Universo, exceto como uma casualidade estatística, algo parecido com uma chamada “moeda honesta” (em que a probabilidade de dar cara ou coroa é de 50% para as duas) que por acaso resulta em muito mais caras que coroas quando lançada mil vezes. Se as anomalias da CMB não são casuais, elas poderiam oferecer uma janela inédita para a estrutura detalhada dos primórdios do Universo, observa Liddle.
Como muitos teóricos antes deles, os dois pressupõem um segundo campo quântico, o curvaton, para estabelecer as flutuações primordiais de densidade no Universo jovem, restringindo a ação do inflaton apenas à era da hiperexpansão.
Os pesquisadores mostraram que o campo curvaton geraria as flutuações assimétricas de densidade que foram observadas se o espaço tivesse uma curvatura ligeiramente negativa em grandes escalas. Isso significa que se fosse possível “desenhar” grandes triângulos no espaço, a somatória de seus ângulos internos seria inferior a 180º. (Em um Universo plano os ângulos somariam exatamente 180º e em um Universo curvado positivamente a somatória seria mais que 180º.)
O trabalho dos autores é o primeiro a explicar a assimetria por meio do “primeiro princípio” (axioma ou premissa que não pode ser deduzida de qualquer outra proposição), comentou Adrienne Erickcek, uma teórica da University of North Carolinaem Chapel Hillque não participou do estudo.
No cenário de Liddle e Cortês, a assimetria da CMB derivaria de uma falta de uniformidade na megaescala do Universo, codificada no campo curvaton. Em 2008, Erickcek e seus colegas propuseram um mecanismo similar, mas seu modelo não supôs um Universo curvado negativamente.
Embora numerosas observações indiquem que o cosmos de fato é plano, os desvios nos dados da radiação cósmica de fundo previstos pelo modelo mais recente, que os autores admitem ser especulativo, poderiam ser suficientemente pequenos para se encaixar nos limites impostos pelas medições do satélite Planck, explica Liddle. Futuros experimentos com medições mais precisas poderão determinar quem está certo.

Fonte: Physical Review Letters