Bosões, leptões e quarks, são algumas das partículas elementares de que se ocupa a física. Embora os nomes possam não ser familiares garanto-lhe que já contactou com elas. Estão no corpo de todos os seres vivos, no ar que se respira ou no universo. Se não fossem tão importantes, não se justificaria a existência de um centro de investigação gigantesco – o CERN – para estudá-las. Só o acelerador de partículas LHC existente no centro tem 27 quilómetros de perímetro.

Foi este acelerador de partículas que permitiu, em 2012, provar a existência de um partícula elementar que tinha sido apresentada por físicos teóricos cerca de 50 anos antes – o bosão de Higgs. Esta descoberta, realizada pelos investigadores do CERN, valeu aos físicos teóricos que a postularam – aos dois ainda vivos, Peter Higgs e François Englert – o prémio Nobel da Física em 2013. O mesmo acelerador de partículas permitiu, esta segunda-feira, apresentar dados que vêm, mais uma vez, confirmar o mecanismo Brout–Englert–Higgs.

Quando o LHC está em funcionamento promove a colisão frontal dos protões de dois feixes, chegando aos mil milhões de colisões por segundo. Os resultados destas colisões são recolhidos e analisados por quatro experiências, duas delas – ATLAS e CMS – com representantes no Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (LIP), em Portugal.

“São duas experiências com o mesmo objetivo – estudar o bosão de Higgs”, diz ao Observador Patricia Conde-Muiño, da equipa ATLAS no LIP. A investigadora explica que estas duas experiências usam tecnologias diferentes, portanto ao mesmo tempo que competem pela apresentação de resultados, também servem para confirmar os resultados uma da outra.

Ambas as experiências – ATLAS e CMS – conseguiram mostrar que o bosão de Higgs quando decai, ou seja, quando se transforma noutras partículas, não o faz apenas noutros bosões, como demonstrado em 2012, mas também numa nova categoria de partículas – os fermiões. Simplificando: os bosões são responsáveis pelas interações, como uma bola que é trocada entre dois jogadores ou uma cola que os mantém unidos, enquanto os fermiões explicam as propriedades da matéria, porque são, por exemplo, constituintes dos átomos (como os eletrões, protões e neutrões).

“O que temos observado é compatível com a teoria do modelo padrão”, diz Patricia Conde-Muiño, referindo-se ao modelo que descreve as partículas fundamentais e a relação que se estabelece entre elas.

Partículas e anti-partículas

Cada vez que um bosão de Higgs decai, transforma-se noutras duas, ou melhor, numa partícula e na correspondente antipartícula. Se do decaimento resultasse um eletrão, também resultaria um anti eletrão (ou positrão). No caso do bosão de Higgs, foi demonstrado que o decaimento pode originar leptões tau (uma partícula de carga negativa como o electrão) e leptões anti tau (com carga positiva). A formação de quarks bottom e anti bottom é outro caminho para o decaimento do bosão de Higgs.

Quanto maior a energia envolvida na colisão, maior pode ser a massa das partículas formadas. Porém, partículas com massa muito elevada decaiem mais rapidamente, como é o caso do bosão de Higgs. O mesmo se passa com o leptão tau, com uma massa 3,5 mil vezes maior do que a do eletrão.

Quando o LHC reiniciar o funcionamento em 2015, prevê o aumento da energia para o dobro – de 7 TeV para 13 TeV, e, em 2016, 14 TeV – aumentando também o número de colisões por minuto. “Vai aumentar a probabilidade de encontrar partículas mais pesadas [com maior massa], partículas previstas noutros modelos [que não o modelo padrão] e observar canais [de decaimento] menos prováveis”, refere a investigadora do ATLAS no LIP.

O LHC enterrado a 100 metros de profundidade, nos limites do território francês com o suiço, esteve parado desde fevereiro de 2013 para trabalhos de manutenção e melhoramento. Aos poucos os mecanismos vão sendo reativados ao longo de 2014 para no início do próximo ano se iniciar um novo ciclo de três anos de colisões de elevada energia.

Correcção: É o bosão de Higgs que decai em partícula e antipartícula.
O LHC está enterrado a 100 metros de profundidade.