Edição 474 | 05 Outubro 2015

O som do nada

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Por Ricardo Machado | Tradução Ramiro Mincato

Dois anos depois da confirmação da existência do bóson de Higgs, Gian Giudice retoma o debate em torno desta partícula e suas relações com o Ano Internacional da Luz

A tecnociência apurou nossos olhos. Nossa acuidade visual, em detrimento de outros sentidos, vem sendo aprimorada há séculos. Entretanto, há elementos em nosso universo que sequer são visuais, mas permitem que compreendamos melhor até mesmo como a luz se propaga. “O bóson de Higgs é o eco emitido pelo vácuo quântico, isto é, pela substância que preenche o espaço-tempo no qual estamos imersos. É o som emitido pela própria estrutura do espaço. É o som do nada”, explica o professor e pesquisador Gian Giudice, em entrevista por e-mail à IHU On-Line.

Segundo Giudice, ainda não somos capazes de perceber imagens luminosas desde o Big Bang. O registro visual mais antigo que temos data de 380 mil anos após a origem do nosso universo. “Antes disso, o universo era tão quente que cada imagem foi imediatamente cancelada pelas cargas elétricas que fluíam livremente. Para entender as idades anteriores a 380 mil anos é preciso extrapolar as observações astronômicas usando o conhecimento da física das partículas. A partir disso foi possível estabelecer que a prodigiosa expansão do universo (frequentemente chamado Big Bang) ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás”, exemplifica o professor. “Apesar do impressionante progresso na compreensão do universo, ainda estamos bem longe de ter respostas definitivas. Na verdade, quanto mais tentamos ir em profundidade, mais perguntas surgem, das quais ignoramos as respostas”, complementa.

Gian Giudice nasceu em Pádua, Itália, e trabalha no European Organization for Nuclear Research – CERN como físico de partículas e cosmólogo. Graduou-se em Física na Universidade de Pádua e obteve Ph.D em Física Teórica, na Escola Internacional de Estudos Avançados, em Trieste. De 1988 a 1990 foi pesquisador associado no Laboratório Acelerador Fermi, perto de Chicago. De 1990 a 1992 foi pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Texas, Austin, no grupo liderado por Steven Weinberg.

Confira a entrevista.

 

IHU On-Line – O que é o bóson de Higgs? 

Gian Giúdice - O bóson de Higgs  é o eco emitido pelo vácuo quântico, isto é, pela substância que preenche o espaço-tempo no qual estamos imersos. Em outras palavras, é o som emitido pela própria estrutura do espaço, mesmo em ausência de qualquer forma de matéria. É o som do nada.

 

IHU On-Line - O que há de novo sobre o tema, passados aproximadamente três anos da comprovação desta partícula elementar?

Gian Giúdice - Nos últimos anos temos aprendido muito sobre o bóson de Higgs, mas ainda precisamos de mais precisas medidas para entender suas propriedades completamente. Essas novas medidas permitirão entender o que está por trás do bóson de Higgs. Por exemplo, queremos compreender se o bóson de Higgs é de fato uma partícula elementar, ou se é composta por outros constituintes.

 

IHU On-Line - Qual o funcionamento do mecanismo de Higgs?

Gian Giúdice - A ideia fundamental do mecanismo de Higgs é de que as simetrias podem "esconder-se" por detrás dos fenômenos. Deixe-me dar um exemplo. Estamos acostumados a ver as coisas caírem. Será que isso significa que a vertical é uma direção especial do espaço? Certamente não. Todas as direções do espaço são equivalentes. A razão pela qual as coisas sempre caem para baixo é que estamos imersos no campo gravitacional da Terra. Sobre a terra, a equivalência de todas as direções do espaço é "escondida" pela gravidade. Em grande parte, da mesma forma, o campo de Higgs "esconde" algumas simetrias ligadas à força fraca, uma força que age em nível subnuclear. Isto explica algumas propriedades do mundo das partículas que não podem ser entendidas sem o mecanismo de Higgs.

 

IHU On-Line - De que forma o bóson de Higgs ajuda a compreender a origem do universo e, consequentemente, a Teoria da Relatividade? 

Gian Giúdice - O bóson de Higgs nos permitiu compreender algumas propriedades das partículas elementares. Foi um passo importante, mas certamente estamos longe de poder afirmar que compreendemos a origem do universo. Há fortes indícios para crer que a rápida expansão sofrida pelo universo na sua fase primordial (a chamada "inflação") seja devida a uma partícula muito parecida com o bóson de Higgs, embora não conseguimos ainda revelar sua identidade.

 

IHU On-Line - O que são as partículas elementares? E os grãos do espaço, o que são?

Gian Giúdice - Segundo a teoria atual, a família das partículas é composta de quarks (existem 6 tipos diferentes), de elétrons (com os dois irmãos mais pesados: múon e tau), de três tipos de neutrinos, de mediadores das forças fundamentais (entre os quais o fóton) e do bóson de Higgs. Ainda é uma questão em aberto compreender se há outras partículas fundamentais, ou se as partículas que conhecemos são compostas de outros ingredientes mais simples. 

 

IHU On-Line - O que são as flutuações quânticas que preenchem o tempo-espaço no universo?

Gian Giúdice - Segundo as leis da mecânica quântica, qualquer forma de energia não é totalmente determinada, mas sujeita a flutuações de um ponto ao outro no espaço. Essas flutuações ocorrem em distâncias muito pequenas e, portanto, quase sempre completamente invisíveis à nossa percepção sensorial. De acordo com a teoria da inflação, o universo passou por uma expansão massiva durante sua fase primordial. Seguindo essa extraordinária expansão, as pequenas flutuações quânticas foram dilatadas até preencher distâncias astronômicas no espaço. Essas variações na densidade de energia do universo desempenharam o papel de sementes em torno às quais as galáxias cresceram. Assim, as estruturas de galáxias observadas hoje no céu não são mais que as flutuações quânticas de uma substância primordial.

 

IHU On-Line - De que maneira esse debate converge às discussões do Ano Internacional da Luz?

Gian Giúdice - A luz é expressão do eletromagnetismo, isto é, de uma das forças fundamentais que os físicos de partículas tentam entender num quadro unificado.

 

IHU On-Line - Como a luz nos ajuda a determinar a idade do Universo?

Gian Giúdice - A luz (e, mais em geral, todas as ondas eletromagnéticas, como a radiação de micro-ondas, raios-X ou raios gama) é o mensageiro usado há séculos pelos astrônomos para estudar o universo. Mas não pode haver nenhuma imagem luminosa anterior a 380 mil anos depois do Big Bang. Antes disso, o universo era tão quente que cada imagem foi imediatamente cancelada pelas cargas elétricas que fluíam livremente. Para entender as idades anteriores a 380.000 anos é preciso extrapolar as observações astronômicas usando o conhecimento da física das partículas. A partir disso foi possível estabelecer que a prodigiosa expansão do universo (frequentemente chamado Big Bang) ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás.

 

IHU On-Line – O que são os buracos negros? Por que a luz não escapa destes centros de gravidade?

Gian Giúdice - Os buracos negros são regiões no espaço onde o campo gravitacional é tão forte que nem mesmo os raios de luz conseguem escapar. Se chutamos uma bola para cima, a bola volta para baixo. Ao contrário da bola, a Apollo 11 conseguiu escapar da atração terrestre e chegou à lua, porque sua velocidade era suficientemente alta. Ao contrário disso, do buraco negro não existe maneira de escapar, seja qual for a velocidade. Não só nenhum míssil poderia deixar um buraco negro, mas nem mesmo um raio de luz.

 

IHU On-Line - Como a noção de que o universo está em permanente expansão modifica categorias da modernidade para pensar o mundo? De que forma isso reposiciona as teorias sobre nosso espaço no mundo?

Gian Giúdice - A observação de que a expansão do universo hoje está acelerando revolucionou nossas ideias. Sabemos que toda forma conhecida de matéria ou radiação sofre uma força gravitacional de atração. Esta força, portanto, deveria desacelerar a expansão. Mas hoje, ao contrário, vemos uma aceleração da expansão do universo. Isto significa que há uma componente misteriosa no universo, chamada de "energia escura", que origina uma força gravitacional repulsiva.

 

IHU On-Line – Deseja acrescentar algo?

Gian Giúdice - Apesar do impressionante progresso na compreensão do universo, ainda estamos bem longe de ter respostas definitivas. Na verdade, quanto mais tentamos ir em profundidade, mais perguntas surgem, das quais ignoramos as respostas. ■

 

Leia mais...

- Bóson de Higgs: ''Apenas a ponta de um fenômeno mais complexo''. Artigo de Gian Giudice publicado nas Notícias do Dia, de 07-07-2012, no sítio do IHU; 

- Uma descoberta, muitas dúvidas. Entrevista com Gian Giudice publicada na revista IHU On-Line, nº 405, de 22-10-2015. 

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