Modelo Padrão, Capítulo de 1968

Campo do conhecimento é uma força catalisadora das grandes colaborações internacionais

Dentre as diversas maneiras de observar e estudar a realidade, a física de altas energias revela-se uma das mais fascinantes. Muito embora se trate de um tema eminentemente técnico, esse campo do conhecimento se revelou, ao longo dos anos, uma poderosa força catalisadora das grandes colaborações internacionais que tem demonstrado uma nova maneira de fazer ciência. Uma das grandes realizações da área é, sem sombra de dúvida, o modelo padrão das partículas e campos, uma das teorias científicas mais bem-sucedidas da física. Neste texto, vamos chamar a atenção para três acontecimentos ocorridos em 1968 que ajudaram a estabelecer as bases do modelo padrão: a publicação de um artigo fundamental sobre a teoria eletrofraca por Abdus Salam; o prêmio Nobel dado a Luis Walter Alvarez pelos desenvolvimentos tecnológicos da câmara de bolhas; e a reunião de usuários do experimento Gargamelle, liderado por André Lagarrigue.

O ano de 1968 trouxe um dos três artigos fundamentais do chamado “setor eletrofraco” do modelo padrão: “Weak and electromagnetic interactions”, de autoria do Prof. Salam, foi publicado nos anais do oitavo simpósio Nobel. Juntamente com os artigos “Partial-symmetries of weak interactions” (1961), de Sheldon L. Glashow, e “A Model of Leptons” (1967), de Steven Weinberg, o artigo propõe que o eletromagnetismo e a interação fraca são, na verdade, facetas distintas de um mesmo fenômeno. De acordo com o Prof. Salam, essa ideia se originava nas características comuns das duas forças: “ambas afetam tanto léptons como hádrons, ambas têm caráter vetorial e ambas possuem (individualmente) constantes de acoplamento universais”. Parte importantíssima do modus operandi da ciência, os artigos fizeram previsões precisas – a existência da chamada “corrente neutra”, responsável por processos de espalhamento elástico de neutrinos na matéria, e dos bósons W e Z, responsáveis pela descrição detalhada dos processos da interação fraca, com massas da ordem de algumas dezenas de vezes a massa do próton.

As previsões de Glashow, Weinberg e Salam precisavam, entretanto, ser confirmadas experimentalmente. Outra peça importante também foi juntada ao quebra-cabeça em 1968: o prêmio Nobel de física, dado a Luis Walter Alvarez “pelas suas contribuições à física das partículas elementares, (…) tornadas possíveis através do desenvolvimento da técnica da câmara de bolhas de hidrogênio e da análise de dados”. Essa nova tecnologia abriu as portas para a descoberta de uma série de novas partículas subatômicas no acelerador Bevatron, localizado no Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley, na Califórnia. Embora esse acelerador não tivesse as características necessárias para a confirmação das previsões de Glashow, Weinberg e Salam, ele demonstrou a tecnologia que seria fundamental para os esforços bem-sucedidos nos anos vindouros.

Entre as maneiras de observar e estudar a realidade, a física de altas energias é uma das mais fascinantes

Do outro lado do Atlântico, o Prof. André Lagarrigue estava interessado em estender a tecnologia da câmara de bolhas para experimentos com neutrinos. Sua ideia, revolucionária para a época, consistia em preencher a câmara com líquidos pesados ao invés de hidrogênio. Embora o hidrogênio permita medidas mais precisas, devido à simplicidade de sua estrutura nuclear (apenas um próton), líquidos pesados permitem que o meio da câmara de bolhas atinja uma densidade maior. Isso aumenta tremendamente a probabilidade de uma partícula incidente efetivamente deixar um sinal no detector, o que facilitaria a medida do espalhamento de neutrinos. Enquanto seu colega americano recebia o prêmio Nobel, uma colaboração internacional liderada pelo Prof. Lagarrigue se reunia em Milão, em outubro de 1968, para discutir o experimento Gargamelle, que buscava elucidar a interação dos neutrinos com a matéria.

Como a história veio a demonstrar, as previsões do modelo eletrofraco estavam corretas. O experimento Gargamelle foi realizado na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (CERN) nos anos 1970, operando um detector de câmara de bolhas preenchido com 12 metros cúbicos de freon líquido submetido a um feixe terciário de neutrinos fornecido pelo acelerador Proton Synchrotron. A observação da corrente neutra foi anunciada em julho de 1973 em um seminário no CERN. As seguintes confirmações do modelo eletrofraco precisariam, entretanto, de novos aceleradores e detectores. A observação dos bósons W e Z viria apenas em 1983, com os experimentos UA1 a e UA2 realizados no Super Proton Synchrotron. O bóson de Higgs, parte fundamental do mecanismo de quebra espontânea da simetria eletrofraca, tardaria ainda quase 30 anos para ser observado pelas colaborações ATLAS e CMS no Large Hadron Collider, em julho de 2012.

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Thiago Tomei é pesquisador do Núcleo de Computação Científica da Unesp

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