De acordo com o Modelo Padrão da física de partículas, toda matéria no universo é formado por partículas fundamentais chamadas férmions. Essas partículas são constituídas pela combinação de dois tipos de quarks denominados “up” e “down”, que se juntam a elétrons (léptons) para formar a matéria.
A física aponta que para cada partícula de matéria, existem três gerações. Os elétrons, no caso, são seguidos pelos múons (segunda geração) e pelo taus (terceira geração). O Modelo Padrão, no entanto, ainda não consolidou explicações para a existência dessas categorias.
Mas segundo a Quanta Magazine, o ganhador do Prêmio Nobel em física e um dos precursores do Modelo Padrão, Steven Weinberg, 86, parece disposto a investigar o problema. Um paper recente publicado pelo físico reavivou a discussão ao apresentar padrões intrigantes nas massas de partículas fundamentais, as quais poderão guiar a mais descobertas no futuro.
Embora a teoria não explique o porquê, a hipótese defendida pelo Modelo Padrão é que as categorias diferem a partir da massa das partículas. Até agora, os físicos medem esses valores de forma experimental e os adicionam em equações.
É estimado, por exemplo, que elétrons pesam cerca de 0,5 megaelétrons volts (MeV), enquanto seus léptons correspondentes da segunda e da terceira geração de férmions, e as partículas “múon” e “tau”, apresentam 105 MeV e 1,776 MeV, respectivamente.
De forma similar, a primeira geração dos quarks “up” e “down” são relativamente mais leves, enquanto seus semelhantes da segunda categoria, “charm” e “strange” apresentam peso considerado médio. Já o terceiro grupo, formado pelos quarks “top” e “bottom” são os mais pesados. Para se ter uma ideia, um quark “top” chega a atingir 173,210 MeV.
Já a massa das partículas corresponde ao grau de capacidade para interagirem em meio ao campo de Higgs. Este conceito retrata um campo de energia que existe em todas as regiões do universo, o qual é acompanhado pela partícula fundamental conhecida como Bóson de Higgs, responsável por garantir as forças das partículas no universo.
Neste cenário, os quarks e léptons com maior massa apresentam dificuldades de se locomover pelo campo de Higgs. Por outro lado, as partículas mais leves, como os elétrons, transitam com mais fluidez.
No entanto, um estudo de 2008 de dois teóricos, Patrick Fox e Bogdan Dobrescu, físicos do laboratório de aceleração de partículas de Illinois, nos EUA, apontaram que apenas partículas mais pesadas, ou seja, da terceira geração, conseguiam se manter estáveis no campo de Higgs. De forma que apenas o quark superior se movimenta conforme o padrão.
Já as outras partículas reagiriam indiretamente, graças ao fundamento da mecânica quântica, a qual permite às partículas se materializarem por breves momentos. Estas aparições súbitas formam nuvens de partículas virtuais em torno das partículas mais permanentes.
Ao se aglomerarem em torno de um múon (lépton de segunda geração), por exemplo, os quarks virtuais seriam capazes de expô-lo ao campo de Higgs via interação com uma nova partícula teórica, dando ao múon um pouco de massa. Por se tratar de uma exposição indireta, o múon ainda permaneceria muito mais leve que o tau, por exemplo.
A publicação recente de Weinberg considera uma grande variedade de formas que esse processo quântico poderia funcionar. Na teoria do pesquisador, toda a terceira geração de partículas de matéria são sensíveis ao campo de Higgs – ou seja, o quark superior, o quark inferior e a partícula tau. Assim, a massa da terceira geração poderia ser transferida para a segunda e primeira geração por meio das interações com partículas virtuais.
Porém, tanto o estudo de Weinberg, como de Fox e Dobrescu, ficam aquém de qualquer descoberta disruptiva. O estudo dos últimos não consegue explicar o fênomenos no campo de Higgs, pelo contrário, adiciona mais números de constantes inexplicáveis ao Modelo Padrão.
A proposta de Weinberg, por sua vez, confunde as relações entre as massas e não descreve como as partículas de maior geração podem se transformar em partículas de menor geração, o que explicaria por que não vemos átomos feitos de partículas de segunda ou terceira geração.
A única evidência sólida que poderia suportar ou distinguir entre as teorias das massas das partículas de matéria seria a descoberta das várias partículas exóticas que cada uma prevê. E, apesar dos avanços de grandes colisores de partículas, nenhuma espécie do tipo pôde ser vista por cientistas ainda.
Fonte: Quanta Magazine
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