Para todos os efeitos práticos, o Modelo Padrão da física de partículas é quase perfeito. A estrutura testada e comprovada prevê o comportamento das partículas com uma precisão assustadora – mas a maioria dos físicos também concorda que está longe de ser completa.
Por exemplo, a estrutura matemática do modelo não funciona bem com a relatividade geral – outra teoria “quase perfeita” – particularmente com o Large Bang ou com os buracos negros. O modelo também não aborda vários mistérios não resolvidos na física relativos a ideias amplamente aceitas como oscilações de neutrinos, simetria matéria-antimatériaou matéria escura e energia escura.
Um campo inteiro dedicado a esta mesma disparidade, sem surpresa chamado de “física além do Modelo Padrão”, concentra-se nas lacunas da teoria enquanto oferece alternativas. Muitas vezes, isso significa que os físicos criarão novas partículas para complementar aquelas que existem. Essas partículas hipotéticas são, bem, hipotéticas, mas isso não significa que estarão para sempre fora de alcance. Afinal, foi apenas em 1897 que a humanidade descobriu o elétron e o bóson de Higgs ainda em 2012.
Proceed lendo sobre algumas partículas hipotéticas populares que poderiam consertar a física – se existirem.
1. Squarks e Sleepons
“Squarks” e “sleptons” referem-se a categorias mais amplas para “superparceiros” de partículas fundamentais mais familiares, como quarks, elétrons ou neutrinos. Portanto, o superparceiro de um quark up seria um “quark sup”, enquanto um elétron estaria emparelhado com um “seletron”.
Parecem piadas, mas prometo que não são. Eles são baseados em previsões complexas relacionadas com supersimetriaque levanta a hipótese de que todas as partículas portadoras de força (como fótons) e partículas de matéria (como elétrons) vêm em pares. Se for válido, as partículas parceiras deveriam ter spins que diferem em meia unidade, teoricamente empurrando-as para energias iguais e muito altas que unem matematicamente forças diferentes – um sonho cobiçado pelos físicos, incluindo Albert Einstein.
2. Grávitons para gravidade quântica
Outra questão importante e não resolvida na física é conciliar a relatividade geral e a mecânica quântica, duas teorias inovadoras e bem-sucedidas que notoriamente não se dão bem. Esta é uma questão tão séria que, sem dúvida, uma boa parte da teoria das cordas é dedicada a resolver este conflito.
Mas antes da teoria das cordas, cientistas como o físico teórico britânico Paul Dirac tinham outras ideias. Ele cogitou a possibilidade da gravidade quantizada, possivelmente na forma de uma partícula. Mais tarde, os físicos apelidaram essa partícula hipotética de “gráviton”.
Se o gráviton for actual, ele mediaria as forças de interação gravitacional, demonstrando que “a gravidade é na verdade uma força quântica, dando-nos uma pista direta sobre como construir uma teoria da gravidade quântica”. Daniel Whitesondisse ao Gizmodo um físico de partículas do CERN e da Universidade da Califórnia, Irvine.
3. Partículas para domar “desajustados” de neutrinos
Os neutrinos são partículas fundamentais quase sem massa que permeiam quase todos os cantos do universo. De acordo com Revista Simetriaesses neutrinos são os “desajustados do Modelo Padrão”. Para começar, o Modelo Padrão previu inicialmente que os neutrinos não tinham massa. Eles não eram. Na verdade, resultados experimentais demonstraram que os neutrinos (1) têm massa, (2) vêm em três “sabores” diferentes (elétron, múon e tau) que se misturam entre estados de massa e (3) oscilam entre esses tipos, presumivelmente devido a efeitos da mecânica quântica.
Tudo isso levanta sérios sinais de alerta para o Modelo Padrão, e é uma discrepância que os físicos ainda precisam resolver. Como solução, os pesquisadores introduziram partículas hipotéticas como o neutrino estéril (parentes muito mais pesados dos neutrinos), majorons e tripletos de partículas de spin zero, para citar alguns, que dariam aos neutrinos a massa como o Bóson de Higgs dá à matéria common sua massa.
4. Maioria dos candidatos à matéria escura
A matéria escura é a substância invisível que constitui cerca de 85% da matéria do universo. Seria razoável supor, portanto, que algo que constitui grande parte do universo possa ser uma partícula. E, de facto, esta tem sido a suposição predominante para os cientistas que procuram detectar sinais de matéria escura.
Se a matéria escura fosse de fato uma partícula, seria estranha, não absorvendo, emitindo ou refletindo qualquer luz e mal interagindo com outras partículas. Nenhuma das partículas conhecidas do Modelo Padrão se enquadra nesse perfil, então os físicos criaram algumas alternativas, sendo uma well-liked uma classe de partículas chamadas partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs. Mas isso representa uma extremidade de um amplo espectro. Outra hipótese bem recebida argumenta que buracos negros primordiais podem ser matéria escurapor exemplo.
Conseqüentemente, diferentes candidatos a partículas de matéria escura podem estar “em qualquer lugar dentro de várias dezenas de ordens de magnitude, e podem ou não se acoplar às partículas do Modelo Padrão”. Andrea Thammexplicou ao Gizmodo um físico teórico da Universidade de Massachusetts em Amherst.
5. Axions para nosso gêmeo do mal
Muitos mistérios não resolvidos da física se cruzam, o que significa que a mesma partícula hipotética pode ter muitas funções diferentes. Uma partícula hipotética proeminente e polivalente é o áxion, proposto pela primeira vez para explicar o problema forte do CP. O forte problema do CP, falando de forma muito simples, surge da questão da violação da paridade de carga (CP), na qual o comportamento das partículas e das suas contrapartes de antimatéria não se alinham. Mas esse não parece ser o caso em sistemas que envolvem apenas a força nuclear forte, ou a força que mantém unidos prótons e nêutrons. O problema de CP forte considera como dar sentido a esse valor discrepante.
O falecido físico italiano Roberto Peccei e a física australiana Helen Quinn propuseram uma solução bem conceituada para este problema que envolve áxions. De acordo com Frank Wilczek coluna Na descoberta, a partícula presumivelmente leve “resolveu” o problema do CP forte através de uma nova simetria associada às propriedades direcionais de um sistema. (Wilczek, um ganhador do Nobel americano, nomeou oficialmente o axion em homenagem a uma marca de sabão em pó). Aliás, as propriedades do áxion também o tornam um forte candidato à matéria escura.
6. Partícula X
Aqui está a ideia mais maluca de todas: a partícula hipotética dos sonhos mais loucos da humanidade – a coisa que resolve todos os nossos problemas das formas mais inesperadas – pode ser algo em que nunca nos preocupamos em pensar.
Então, novamente, as possibilities de isso acontecer são provavelmente mínimas. Afinal, os físicos parecem não ter falta de ideias, elaborando todos os tipos de cenários e teorias possíveis (confira o artigo da Wikipédia sobre partículas hipotéticas para ver o que quero dizer). A minha lista reflecte uma parte desse exercício abrangente, centrado em questões mais correntes. Ou seja, tem muita coisa nessa lista não cobriu. E com grandes atualizações chegando aos colisores mais poderosos da humanidade, quem sabe o que encontraremos (ou não encontraremos)?
“A melhor coisa sobre os aceleradores de partículas é que você não precisa antecipar novas partículas para descobri-las”, disse Whiteson. “E as melhores descobertas, as que mais ensinam sobre o universo, são as surpresas!”
