A missa ainda é um mistério para os físicos

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

A massa é um dos conceitos fundamentais e ao mesmo tempo misteriosos da ciência. No mundo das partículas elementares, ele não pode ser separado da energia. É diferente de zero até mesmo para neutrinos, e a maior parte está localizada na parte invisível do Universo. RIA Novosti conta o que os físicos sabem sobre a massa e quais segredos estão associados a ela.

Relativamente e elementar

Nos subúrbios de Paris, na sede do Bureau Internacional de Pesos e Medidas, existe um cilindro feito de uma liga de platina e irídio pesando exatamente um quilo. Este é o padrão para todo o mundo. A massa pode ser expressa em termos de volume e densidade e pode-se considerar que serve como medida da quantidade de matéria no corpo. Mas os físicos que estudam o micromundo não ficam satisfeitos com uma explicação tão simples.

Imagine mover este cilindro. Sua altura não ultrapassa quatro centímetros, no entanto, um esforço notável deverá ser feito. Será necessário ainda mais esforço para mover, por exemplo, a geladeira. A necessidade de aplicar uma força da física é explicada pela inércia dos corpos, e a massa é considerada um coeficiente que liga a força e a aceleração resultante (F = ma).

A massa serve como medida não só do movimento, mas também da gravidade, que faz os corpos se atraírem (F = GMm / R2). Quando subimos na escala, a seta se desvia. Isso ocorre porque a massa da Terra é muito grande e a força da gravidade literalmente nos empurra para a superfície. Em uma lua mais clara, uma pessoa pesa seis vezes menos.

A gravidade não é menos misteriosa do que a massa. A suposição de que, enquanto se movem, alguns corpos muito massivos podem emitir ondas gravitacionais foi confirmada experimentalmente apenas em 2015 no detector LIGO. Dois anos depois, essa descoberta recebeu o Prêmio Nobel.

De acordo com o princípio de equivalência proposto por Galileu e refinado por Einstein, as massas gravitacional e inercial são iguais. Conclui-se disso que objetos massivos são capazes de dobrar o espaço-tempo. Estrelas e planetas criam funis gravitacionais ao seu redor, nos quais satélites naturais e artificiais giram até cair na superfície.

De onde vem a missa

Os físicos estão convencidos de que as partículas elementares devem ter massa. Está provado que o elétron e os blocos de construção do universo - quarks - têm massa. Caso contrário, eles não poderiam formar átomos e toda a matéria visível. Um universo sem massa seria um caos de quanta de várias radiações, correndo à velocidade da luz. Não haveria galáxias, estrelas ou planetas.

Mas de onde a partícula obtém sua massa?

"Ao criar o Modelo Padrão em física de partículas - uma teoria que descreve as interações eletromagnéticas, fracas e fortes de todas as partículas elementares, surgiram grandes dificuldades. O modelo continha divergências inevitáveis devido à presença de massas de partículas diferentes de zero", diz Alexander Studenikin, Doutor em Ciências pela RIA Novosti, Professor do Departamento de Física Teórica, Departamento de Física, Lomonosov Moscow State University.

A solução foi encontrada por cientistas europeus em meados da década de 1960, sugerindo que existe outro campo na natureza - um escalar. Ele permeia todo o Universo, mas sua influência é perceptível apenas no nível micro. As partículas parecem ficar presas nele e, assim, ganhar massa.

O misterioso campo escalar foi batizado em homenagem ao físico britânico Peter Higgs, um dos fundadores do Modelo Padrão. Um bóson, uma partícula massiva que surge no campo de Higgs, também leva seu nome. Foi descoberto em 2012 em experimentos no Large Hadron Collider no CERN. Um ano depois, Higgs recebeu o Prêmio Nobel junto com François Engler.

Caça fantasma

O fantasma de partícula - neutrino - também teve que ser reconhecido como massivo. Isso se deve às observações de fluxos de neutrinos do Sol e de raios cósmicos, que há muito não podiam ser explicados. Descobriu-se que uma partícula é capaz de se transformar em outros estados durante o movimento, ou oscilar, como dizem os físicos. Isso é impossível sem massa.

“Os neutrinos eletrônicos, que nascem, por exemplo, no interior do Sol, em sentido estrito, não podem ser considerados partículas elementares, pois sua massa não tem um significado definido. Mas em movimento, cada uma delas pode ser considerada como um superposição de partículas elementares (também chamadas de neutrinos) com massas m1, m2, m3. Devido à diferença na velocidade dos neutrinos de massa, o detector detecta não apenas neutrinos de elétrons, mas também neutrinos de outros tipos, como neutrinos muônicos e tau. Isso é consequência das misturas e oscilações previstas em 1957 por Bruno Maksimovich Pontecorvo”, explica o professor Studenikin.

Foi estabelecido que a massa de um neutrino não pode exceder dois décimos de um volt de elétron. Mas o significado exato ainda é desconhecido. Os cientistas estão fazendo isso no experimento KATRIN no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Alemanha), lançado em 11 de junho.

“A questão da magnitude e da natureza da massa do neutrino é uma das principais. A sua solução servirá de base para o aprofundamento das nossas ideias sobre a estrutura”, conclui o professor.

Parece que, em princípio, tudo se sabe sobre a massa, resta esclarecer as nuances. Mas este não é o caso. Os físicos calcularam que a matéria, passível de nossa observação, ocupa apenas cinco por cento da massa da matéria no universo. O resto é hipotética matéria escura e energia, que não emitem nada e, portanto, não são registradas. Em que partículas consistem essas partes desconhecidas do universo, qual é a sua estrutura, como elas interagem com o nosso mundo? As próximas gerações de cientistas terão que descobrir.