Modelo Standard- Triunfo e Limitações do Modelo

Com a  descoberta do bosão de spin-0, com massa 126 Gev - em termos mais simples, o bosão de Higgs -   o Modelo Standard das Partículas Elementares fica completo. Este modelo,como muitos sabem, tem a seguinte tradução imagética:
Os leptões (electrão, muão, tao) são emparelhados com as partículas neutras- os neutrinos, que só sentem a interacção fraca , responsável pelo decaimento dos neutrões em protões (mais geralmente, pelo decaimento beta dos núcleos) e por alguns processos nucleares que ocorrem nas estrelas. Todas as partículas do Modelo Standard sentem a interacção fraca.
Os quarks experimentam tanto a interacção electromagnética como a interacção forte. É esta última força que os mantém ligados no interior dos protões e neutrões.
Juntamente com as partículas de matéria existem as partículas que transmitem a força- os bosões de gauge. O fotão é o mensageiro da força electromagnética, os 2 W e o Z são os os mensageiros da força fraca, e os 8 g (gluões) os mensageiros da força forte.Tudo isso era conhecido nos fins dos anos 90. E este foi o mês que se conheceu a última partícula necessária para completar o Modelo Standard- o bosão de Higgs.
Muito bem!...Mas muitas interrogações ficam ainda em aberto, e este é o tema deste post antes de férias.
O maior problema é a gravidade que fica de fora do Modelo Standard.Mas as energias alcançadas pelo LHC serão insuficientes para encontrar o célebre gravitão, a mensageira da força gravítica. O primeiro grande triunfo do LHC foi ter encontrado uma partícula de spin-0 (bosão de Higgs). Existem partículas de spin-1 : os bosões transmissores das forças. Existem partículas de spin 1/2: os leptões e os quarks. Para completar o quadro falta encontrar as partículas de spin-2 (o gravitão)- que está para além do alcance do LHC.
Com a descoberta do Higgs respondeu-se à questão de como as partículas do Modelo Standard,originalmente sem massa, a adquirem (pelo mecanismo de Higgs). Mas permanece um grave problema- porque razão estas massas têm o valor que têm? Os cálculos da Mecânica Quântica e da Relatividade Especial mostram que essas massas têm que ser enormes, da ordem de 10^16 Gev, e só um "afinamento" permite que as massas tenham  o valor que têm- um procedimento pouco satisfatório- é o problema da hierarquia.

A matéria negra- será que o LHC poderá lançar luz sobre a sua natureza? A propósito, a matéria negra não é exactamente negra, porque um corpo negro absorve luz, mas a matéria negra não interage com a luz de qualquer modo- daí a impropriedade do seu nome.O Modelo Standard não faz nenhuma previsão sobre qual ou quais as partículas que constituem a matéria negra.
Neutrinos- quando Pauli postulou a existência dessas fantasmagóricas partículas elas não eram dotadas de massa, e como tal foram aceites no Modelo Standard. Hoje em dia sabe-se que os neutrinos  possuem uma pequeníssima massa. (da ordem os eV). Este facto não é explicado pelo Modelo Standard.
(Sabe-se que os neutrinos têm massa através do mecanismo da oscilação dos neutrinos, isto é, durante o seu percurso, os neutrinos mudam periodicamente de identidade ( o neutrino electrónico transforma-se em neutrino muónico e vice-versa, por exemplo) ).
Apesar do seu extraordinário sucesso sobre compreensão da natureza da matéria e das forças que actuam no Universo visível, muitas interrogações ficam sem resposta, e eu citei apenas um pequeníssimo número dessa  perguntas que reclamam uma teoria que vá mais além...

O Bosão de Higgs- Um Problema Resolvido Outro Criado

"We observe in our data clear signs of a new particle, at the level of 5
sigma, in the mass region around 126 GeV. The outstanding performance of
the LHC and ATLAS and the huge efforts of many people have brought us to
this exciting stage," com estas palavras da porta voz do CERN, Fabiola Gianotti, fica oficializada a descoberta do bosão de Higgs.
Todos sabem que é o mecanismo de Higgs o responsável por criar a massa das partículas elementares, leptões, quarks e bosões, que no Modelos Standard, sem Higgs, teriam massa nula o que é contrário à evidência experimental.
Muito bem! Mas de que modo esse mecanismo gera massa? A resposta é extremamente difícil porque envolve dois conceitos abstractos- quebra espontânea de simetria e transformação de gauge local- mas tentarei  através de uma analogia explicar como funciona o mecanismo de Higgs.
Um bom modo de pensar no mecanismo de Higgs é aceitar que o vácuo não é verdadeiramente vazio, que um novo campo, o campo de Higgs, o preenche totalmente, de tal modo que esse vácuo se comporta como um fluido viscoso. Esse fluido viscoso transporta uma carga, a carga fraca (em rigor, carga fraca de isospin). Está claro que, como todos sabem, a Mecânica quântica estipula que a cada campo corresponde a sua  partícula correspondente, o seu quanta- que neste caso é o bosão de Higgs.
A carga fraca é responsável pela interacção fraca assim como a carga eléctrica é responsável pela interacção electromagnética: assim como dois electrões sem carga eléctrica não sentem a força eléctrica, dois leptões ou dois quarks sem possuírem a carga fraca não sentem a interacção fraca- e não existiria radioactividade.
Partículas que têm carga fraca ( tal como leptões e quarks, e os bosões fracos W e Z ) podem interagir com esse fluido- esse vácuo permeado com o Higgs- e essa interacção retarda o seu movimento: adquirem massa. As partículas que mais interagem com o Higgs terão uma maior massa, como os bosões que transportam a interacção fraca, W e Z, da ordem dos 90 Gev e o electrão que interage pouco com o Higgs terá uma massa "pequenina"- 0,5 MeV.
Então o fotão tem massa nula porque como  não transporta a carga fraca não interage com o bosão de Higgs! Só as partículas com carga fraca (de isospin) podem adquirir massa por interacção com o campo de Higgs que também tem carga fraca.

Mas se o  bosão de Higgs resolve um problema  cria de imediato outro:porque razão é tão "leve"? Teoricamente deveria ter uma massa extremamente elevada (10^18 GeV) e só recorrendo a hábeis cancelamentos (tuning) se obtém o valor actualmente observado- um procedimento nada elegante e de carácter algo duvidoso. A esperança reside na existência da validade de uma nova teoria, a teoria supersimétrica- que a existir explicaria o actual valor de 126 GeV com toda a simplicidade. Contudo...a supersimetria implica a existência de novas partículas- as partículas supersimétricas. Existirão?


E esta é a nova esperança dos físicos das partículas, encontrar  partículas supersimétricas no LHC. Mas....ai! Mais partículas? É que estas partículas duplicam as existentes que são 62 (com o Higgs anunciado hoje) no Modelo Standard.Com tanta partícula onde pára a simplicidade fundamental que acreditávamos reinar no mundo do infinitamente pequeno?