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Revista Brasileira de Ensino de Fsica, v. 31, n. 1, 1306 (2009)www.sbfisica.org.br

O Modelo Padrao da Fsica de Partculas(The Standard Model of Particle Physics)

Marco Antonio Moreira1

Instituto de Fsica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, BrasilRecebido em 28/11/2007; Revisado em 17/7/2008; Aceito em 26/2/2009; Publicado em 30/4/2009

Inicialmente, apresenta-se, de modo simplificado, o Modelo Padrao como uma teoria sofisticada que identificaas partculas elementares e suas interacoes. Depois, no ambito dessa teoria, focalizam-se aspectos - o vacuo naoe vazio; partculas nuas e vestidas; materia escura e vento escuro; materia e antimateria; o campo e o boson deHiggs; neutrinos oscilantes - que podem ser motivadores do ponto de vista do ensino e da aprendizagem da fsica.Finalmente, discute-se a provavel superacao dessa teoria por outra mais completa.Palavras-chave: Modelo Padrao, partculas elementares, ensino de fsica.

Initially, the Standard Model is presented, in a simplified way, as a sophisticated theory that identifies theelementary particles and describes how they interact. Then, within the scope of this theory, some aspects -the vacuum is not empty; naked and dressed particles; dark matter and dark wind; matter and antimatter; theHiggs field and the Higgs boson; oscillating neutrinos - are approached as motivating topics for the teaching andlearning of physics. Finally, the eventual superseding of this theory by a more complete one is discussed.Keywords: Standard Model, elementary particles, physics teaching.

1. O Modelo Padrao da Fsica de Part-

culas

O chamado Modelo Padrao das partculas elementares

nao e propriamente um modelo, e uma teoria. E dasmelhores que temos. Alias, na opiniao de muitos fsicos,a melhor de todas sobre a natureza da materia. Porexemplo, segundo Gordon Kane [1], um fsico teoricoda Universidade de Michigan:

...o Modelo Padrao e, na historia, a maissofisticada teoria matematica sobre a na-tureza. Apesar da palavra modelo em seunome, o Modelo Padrao e uma teoria com-preensiva que identifica as partculas basicase especifica como interagem. Tudo o queacontece em nosso mundo (exceto os efeitos

da gravidade) resulta das partculas do Mo-delo Padrao interagindo de acordo com suasregras e equacoes. (p. 58)

De acordo com o Modelo Padrao, leptons e quarkssao partculas verdadeiramente elementares, no sentido

de nao possurem estrutura interna. Partculas quetem estrutura interna sao chamadas de hadrons; saoconstitudas de quarks: barions quando formadas portres quarks ou tres antiquarks, ou mesons quando cons-

titudas por um quark e um antiquark.2Ha seis leptons (eletron, muon, tau, neutrino do

eletron, neutrino do muon e neutrino do tau) e seisquarks [quark up (u) quark down (d), quark charme(c), quark estranho (s), quark bottom (b) e quarktop (t)]. Porem, os quarks tem uma propriedadechamada cor3 e podem, cada um, apresentar tres cores(vermelho, verde e azul). Ha, portanto, 18 quarks.Contudo, como a cada partcula corresponde uma an-tipartcula,4 existiriam no total 12 leptons e 36 quarks.

O eletron e o lepton mais conhecido e o proton eo neutron os hadrons mais familiares. A estrutura in-terna do proton e uud, ou seja, dois quarks u e um d;

a do neutron e udd, isto e, dois quarks d e um u. Omeson + e formado por um antiquark d e um quarku, o meson e constitudo por um antiquark u e umquark d. E assim por diante, ou seja, a grande maio-ria das chamadas partculas elementares sao hadrons eestes sao formados por tres quarks ou tres antiquarks

1E-mail: [email protected], www.if.ufrgs.br/moreira.

2Antiquark e a antipartcula do quark.3Trata-se de uma propriedade, nao uma cor propriamente dita. Vermelho, verde e azul s ao apenas aspectos dessa propriedade. Assim

como a carga eletrica, que e tambem uma propriedade de certas partculas, pode ser positiva ou negativa, a propriedade cor, que poderiaser chamada de carga cor, apresenta tres variedades que foram chamadas de vermelho, verde e azul.

4De um modo geral, uma antipartcula tem a mesma massa e o mesmo spin da partcula em questao, porem cargas opostas.

Copyright by the Sociedade Brasileira de Fsica. Printed in Brazil.
http://www.if.ufrgs.br/~moreira


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(barions) ou por um quark e um antiquark (mesons).Em princpio, a teoria dos quarks, a Cromodinamica

Quantica, nao proibe a existencia de partculas com es-trutura mais complexa do que tres quarks, tres anti-quarks ou um par quark-antiquark. Todavia, apenasrecentemente [2] fsicos experimentais tem apresentadoevidencias de partculas com cinco quarks, ou seja, pen-

taquarks, como o teta mais, formado por quatro quarkse um antiquark. Mas isso ainda depende de resultadosexperimentais adicionais.

Uma caracterstica peculiar dos quarks e que elestem carga eletrica fracionaria, (+ 2/3 e) para algunstipos e (-1/3 e) para outros. No entanto, quarks nunca foram detectados livres, estao sempre confinados emhadrons, de tal modo que a soma algebrica das car-gas dos quarks que constituem um determinado hadrone sempre um multiplo inteiro de e. O proton, por exem-plo, e formado por dois quarks de carga (+2/3 e) e umquark de carga (-1/3 e) de modo que sua carga e (2/3,+2/3, -l/3) e, ou, simplesmente, e. Quer dizer, o quan-

tum da carga eletrica continua sendo e (1,6 1019

C).

Resumindo, segundo o Modelo Padraoa grande quantidade de partculas ele-mentares ate hoje detectadas, cerca de 300,em aceleradores/colisores de partculas ouem raios cosmicos, pode ser agrupada emleptons, quarks e hadrons ou em leptons ehadrons, visto que os quarks sao constitu-intes dos hadrons ou, ainda, em leptons,barions e mesons, pois os hadrons podemser divididos em barions e mesons.

Mas como foi dito no incio, o Modelo Padrao e umateoria compreensiva que identifica as partculas basicase especifica como elas interagem. Vamos entao as in-teracoes.

Ha na natureza quatro tipos de interacoes fun-damentais: gravitacional, eletromagnetica, forte5 e

fraca. Cada uma delas e devida a uma propriedadefundamental da materia: massa (interacao gravita-cional), carga eletrica (interacao eletromagnetica), cor(interacao forte) e carga fraca (interacao fraca). Sechamarmos cada uma dessas propriedades de carga te-remos quatro cargas: carga massa, carga eletrica, cargacor e carga fraca.

Assim sendo, ha tambem quatro forcas fundamen-tais na natureza: forca gravitacional, forca eletromag-netica, forca cor6 e forca fraca. Todas aquelas forcasque parecem ser distintas - como forcas elasticas, forcasde atrito, forcas intermoleculares, interatomicas, in-terionicas, forcas de viscosidade, etc. - sao casos parti-culares ou resultantes dessas quatro forcas fundamen-tais.

Mas como se da a interacao? Quem transmite amensagem da forca entre as partculas interagentes?Isso nos leva as partculas mediadoras ou partculas deforca ou, ainda, partculas virtuais.

As interacoes fundamentais ocorrem como se as

partculas interagentes trocassem outras partculasentre si. Essas partculas mediadoras seriam os fotonsna interacao eletromagnetica, os gluons na interacaoforte, as partculas W e Z na interacao fraca e osgravitons (ainda nao detectados) na interacao gravita-cional. Quer dizer, partculas eletricamente carregadasinteragiriam trocando fotons, partculas com carga corinteragiriam trocando gluons, partculas com cargafraca trocariam partculas W e Z enquanto partculascom massa trocariam gravitons.

As partculas mediadoras podem nao ter massa,mas tem energia,7 ou seja, sao pulsos de energia. Porisso, sao chamadas de virtuais. Dos quatro tipos departculas mediadoras,8 as do tipo W e Z tem massa,mas e comum chama-las todas de partculas virtuais.

Poder-se-ia, entao, dizer que as partculas demateria ou partculas reais9 (leptons, quarks e hadrons)interagem trocando partculas virtuais (fotons, gluons,

5A interacao forte pode ser dividida em fundamental e residual; a fundamental e a propria interacao forte, a residual decorre debalancos imperfeitos das atracoes e repulsoes entre os quarks que constituem os hadrons.

6Assim como a interacao forte pode ser distinguida entre fundamental e residual, a forca cor pode ser diferenciada em forca corforte e forca cor residual. Ou seja, a cada interacao corresponde uma forca, entao, se a interacao forte pode ser interpretada comofundamental ou residual, correspondentemente, pode-se falar em forca cor forte e forca cor residual. A forca cor residual pode serentendida atraves de uma analogia com a forca eletromagnetica, a chamada forca de Van der Waals, entre dois atomos neutros oucom a forca intermolecular entre duas moleculas neutras. Assim como essas forcas resultam de um balanco imperfeito das atracoes erepulsoes entre as cargas eletricas existentes nesses atomos e moleculas, a forca forte entre duas partculas sem cor (i.e., neutras emrelacao a propriedade chamada cor) e uma forca (residual) decorrente de um balanco imperfeito das atracoes e repulsoes entre os quarksque constituem essas partculas. [3, p.G-9]. Portanto a forca forte entre hadrons (partculas sem cor) que esta sendo aqui chamada deforca cor residual e apenas uma manifestacao de uma forca mais forte e mais fundamental - a forca cor - que atua entre quarks existentesdentro de cada hadron.

7Lembremos que ha uma equivalencia entre massa e energia, respectivamente.8Mesons tambem podem atuar como partculas mediadoras, mas no caso da interacao forte residual. Sao os quanta do campo

mesonico, o qual nao e um campo fundamental como o eletromagnetico, o forte, o fraco e o gravitacional.9As partculas que estao aqui sendo consideradas reais porque tem massa podem tambem ser virtuais como, por exemplo, os pares

eletron-positron virtuais mencionados na secao o vacuo nao e vazio, tudo depende da energia. Partculas reais podem ir de um pontoA a um ponto B, conservam energia e fazem clicks em contadores Geiger. Partculas virtuais nao fazem nad a disso. As partculas

mensageiras, o u partculas de forca, podem ser reais, mas mais frequentemente aparecem na teoria como virtuais, de modo que muitas

vezes sao sinonimos, ou seja, considera-se que as partculas mediadoras sao virtuais. [4, p. 278]. Partcula virtual e um construtologico: partculas podem ser criadas tomando energia emprestada de alguma fonte e a duracao do emprestimo e governada pela relacaode incerteza de Heisenberg ET > h/2, o que significa que quanto maior a energia emprestada menor o tempo que uma partculavirtual po de existir (ibid). Por exemplo, se houver disponibilidade de energia, um eletron pode emitir um foton real que fara click emum detector Geiger real (ibid). Em resumo, tanto as partculas usuais (eletrons, muons, quarks,...) como as partculas mediadoras

podem reais ou virtuais, podem estar em um estado real ou virtual.


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W e Z, e gr avitons). Aqui e preciso levar em contaque as partculas de materia podem ter mais de umacarga, de modo que experimentariam varias interacoese forcas, mas o ambito da interacao pode variar muito,a tal modo que em um determinado domnio uma certainteracao seja irrelevante. A forca gravitacional, porexemplo, e negligenciavel no domnio subatomico. Quer

dizer, embora existam quatro interacoes fundamentais,quatro cargas e quatro forcas isso nao quer dizer quetodas as partculas tenham as quatro cargas e experi-mentem as quatro interacoes.

Mas faltam os campos! Os quatro campos. Sabemosque, na gravitacao de Newton, um corpo com massa criaem torno de si um campo gravitacional, um campo deforca que exerce uma forca sobre outro corpo massivo evice-versa. Analogamente, um corpo carregado eletri-camente, cria um campo eletromagnetico (se estiver emrepouso, percebe-se apenas seu componente eletrico, seestiver em movimento manifesta-se tambem o compo-nente magnetico) e exerce uma forca eletromagnetica

sobre outro corpo eletrizado e vice-versa.Da mesma forma, ha o campo da forca forte e o

campo da forca fraca. Ou seja, ha quatro campos fun-damentais: o eletromagnetico, o forte, o fraco e o gra-vitacional.10 As partculas mediadoras sao os quantados campos correspondentes: os fotons sao os quantado campo eletromagnetico, os gluons sao os quanta docampo forte, as partculas W e Z do campo fraco e osgravitons seriam os quanta do campo eletromagnetico.

Em outras palavras, os quatro campos fundamentaissao o campo de fotons (eletromagnetico), o de gluons(forte), o de partculas W e Z (fraco) e o de gravitons

(gravitacional).O problema nessa bela simetria de quatro car-

gas, quatro interacoes, quatro forcas, quatro tipos departculas mediadoras e quatro campos e que nenhumgraviton foi ainda detectado e a gravidade, em si, naoencaixa bem nessa teoria que se convencionou chamarde Modelo Padrao. Este assunto sera retomado maisadiante.

Para finalizar esta secao, apresenta-se, na Fig. 1,uma visao esquematica do Modelo Padrao. Como cons-ta na legenda dessa figura, trata-se de uma simpli-ficacao.

Feito isso, o restante deste trabalho sera dedicadoa abordar aspectos dessa teoria que poderao ser moti-vadores do ponto de vista do ensino e da aprendizagemda fsica.

2. O vacuo nao e vazio

Na secao anterior falamos de partculas virtuais, comoos fotons e os gluons, ou seja, partculas sem massa.

Pois bem, quando a incerteza11 na energia e mais queo dobro da massa do eletron (tal como ocorre a umadistancia de aproximadamente 1011 cm) algo muitoestranho pode ocorrer no vacuo: a producao de um parde partculas consistindo de um eletron e um positron.Se, de alguma forma, houver um suprimento de ener-gia de fora do vacuo esse par tornar-se-a um par de

partculas reais, sem violar a conservacao da energia.Se nao acontecer isso, o par desaparecera tao rapidoquanto foi produzido. Ou seja, o par eletron - positrone virtual, mas isso significa entao que o vacuo esta cheiode um grande numero (essencialmente infinito) de pareseletron-positron virtuais. [5, p. 146].

Entao, alem de fotons e gluons ha tambem eletronse positrons virtuais, e outras partculas como muons eantimuons virtuais. De um modo geral, uma partculavirtual e uma partcula que nao aconteceu: naotem massa e existe apenas durante um curto perodode tempo em uma pequena regiao do espaco. As

relacoes de incerteza sao responsaveis pelo apareci-mento de partculas virtuais na fsica (ibid.). Elas temimportancia em distancias muito pequenas, mas sao ir-relevantes na fsica macroscopica.

Por exemplo, podemos supor que o vacuo esta cheiode pares virtuais de muons e antimuons que normal-mente nao sao detectados. Porem, em um experimentode aniquilacao de um eletron e um positron (reais) emum acelerador/colisor de partculas aparecem muonsreais que sao observados nos detectores de partculas.De onde vieram? Um par muon-antimuon virtual re-cebeu a energia resultante da aniquilacao e deixou a

regiao (muito pequena) onde ocorreu a interacao, comoum par de muons reais.

O interessante de tudo isso e que o vacuo entao naoe vazio. O que parece tao simples macroscopicamentee um sistema muito complicado na teoria quantica.

Na verdade, identificar vacuo com espaco nao ocu-pado por alguma coisa e uma concepcao erronea inclu-sive no domnio da fsica classica, pois, mesmo quandonao ha materia em uma regiao do espaco ela continuapreenchida e percorrida por campos e ondas. Nao e des-provido de qualidades o espaco onde estao e se movemobjetos ou sistemas e, ainda que possamos dizer que um

objeto se desloca no vacuo quando nao encontra outraspartculas em seu trajeto, o espaco classico nunca e li-teralmente vazio [6, p. 89].

Mas nao se trata do velho conhecido eter que fsicosde outras epocas propuseram como preenchendo todoo espaco e servindo de meio de propagacao da luz e deoutras ondas eletromagneticas. Isso devera ficar claronas proximas secoes.

10O que se esta buscando e manter a simetria, dizendo que ha em quatro campos fundamentais, quatro cargas, quatro interacoes equatro tipos de partculas mediadoras; na verdade, e so na gravitacao newtoniana que um corpo com massa cria em torno de si umcampo gravitacional, nao na relatividade geral.

11De acordo com as relacoes de incerteza de Heisenberg quanto mais precisas as medidas do momentum ou da energia de uma partcula

maiores as incertezas em medicoes no espaco e no tempo.


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transmitidapor transmitidapor transmitidapor

queexerce queexerce queexerce queexerce

transmitidapor

quecria quecria quecria quecria

devida devida devida devida

quesocompostas;

tmestruturainterna

hseistipos hseistipos hdoistipos

quesoqueso queso

interagemtrocando

quesoqueso queso

queso

identifica especifica

OModeloPadrodas

partculaselementares

Partculasbsicas Interaesfundamentais

Lptons Quarks Hdrons

Quarkup (u)

Quarkdown (d)

Quarkcharme (c)

Quarkestranho (s)

Quarkbottom (b)

Quarktop (t)

Eltron

Neutrinodo

eltron

Mon

Neutrinodo

mon

Tau

Neutrinodo

tau

Brions

(formadosportrs

quarksoutrs

antiquarks)

Msons(formados

porparesdequark-

antiquark)

Eletromagntica Forte Fraca Gravitacional

Cargaeltrica

Campo

eletromagntico

Foraeletromagntica

Ftons

Cargacor

Campoforte

Foraforte

Glons

Cargafraca

Campofraco

Forafraca

Partculas W eZ

Cargamassa

Campogravitacional

Foragravitacional

Grvitons

interna

Partculasreais

(Partculasdematria)

Partculasvirtuais

(Partculasdefora)

elementares;notmestruturaquesoverdadeiramente quesodequatrotipos

Figura 1 - Um esquema simplificado para o Modelo Padrao. Nesse esquema nao e feita nenhuma alusao ao fato de que para cadapartcula existe uma antipartcula, nao se considera que os quarks tem a propriedade cor que se apresenta em tres variedades (de modo

que seria 18 o numero de quarks) e que a interacao forte pode se apresentar como fundamental ou residual (que seria mediada pormesons). Alem disso, sugere que a interacao gravitacional esta perfeitamente integrada ao Modelo Padrao, o que ainda nao ocorreu etalvez nem venha a ocorrer. Sugere tambem que as partculas W e Z sao, de fato, virtuais, mas elas podem ser tambem reais como foiexplicado na nota 8. E uma visao simplificada buscando destacar a simetria da teoria. Por isso, e preciso aceita-la criticamente.

3. Partculas nuas e vestidas

Suponhamos que um eletron fosse colocado no vacuo.Poder-se-ia p ensar que nada aconteceria, porem comoo vacuo esta cheio de pares eletron-positron virtuais, oeletron sendo negativo repeliria todos os eletrons vir-tuais e atrairia todos os positrons virtuais dos pares

existentes na regiao do vacuo em torno de si. O eletronficaria, assim, envolto por uma nuvem de positrons vir-tuais. O vacuo ficaria entao polarizado pelo eletron[5, p. 148].

Qual o efeito disso? A carga do eletron fica par-cialmente blindada pela nuvem do positrons virtuais.De longe nao faz diferenca. O que se ve e o eletrone a nuvem como um todo e nao se pode distinguir queparte da carga do eletron e dele mesmo e que parte e danuvem polarizadora. E o eletron fsico, conhecido, quegera corrente nos fios e que tem carga -e. E o eletron dodia-a-dia: o eletron vestido, ou seja, com a nuvem.

Um eletron sem a nuvem de positrons virtuais e

chamado de eletron nu. Em altas energias, o efeito dapolarizacao pode ser percebido: a medida que o eletronvai sendo despido, sua carga eletrica aumenta. Ouseja, a carga eletrica do eletron nu e maior do quea do eletron vestido (o velho conhecido eletron), oque explica porque a lei de Coulomb nao vale para doiseletrons a uma distancia inferior a 1011cm. Quer dizer,

em distancias dessa ordem a forca entre dois eletrons eum pouco maior do que aquela que se esperaria a partirda lei de Coulomb (ibid).

Interessante como as coisas mudam no domnio domuito pequeno: as partculas virtuais violam a con-servacao da energia, mas por muito pouco tempo (senao ha um aporte de energia para que uma partculavirtual vire partcula real ela logo desaparece); a leide Coulomb nao da o resultado esperado porque nessedomnio o eletron pode ficar nu e sua carga aumentaporque diminui o efeito da polarizacao.

Assim como na eletrodinamica quantica os eletrons

estao envolvidos por uma nuvem de positrons virtuais,


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na cromodinamica quantica os quarks estao envoltos emuma nuvem de gluons (o vacuo tambem esta cheio degluons, partculas igualmente virtuais). Pode-se, entao,falar tambem de quarks nus e quarks vestidos ou,de um modo geral, em partculas nuas e vestidas.

4. O campo e o boson de HiggsTeoricamente, o vacuo e preenchido nao so pelaspartculas virtuais (fantasmas?) e pelos quatro camposfundamentais, mas tambem por um outro campo funda-mental, chamado campo de Higgs e, consequentemente,por uma partcula mediadora que seria o boson12 deHiggs [7].

Bosons de Higgs sao partculas previstas teorica-mente, em 1964, pelo fsico escoces Peter Higgs eusadas, posteriormente, por Steven Weinberg (1967)e Abdus Salam (1968) para explicar porque outraspartculas, os bosons W e Z, tem massa. Havia na teoria

eletrofraca, formulada em 1962 por Sheldon Glashow,um paradoxo envolvendo as partculas W e Z. Porum lado, a debilidade das interacoes fracas requereriaque tais partculas tivessem massas relativamente ele-vadas. Por outro, a simetria da teoria que dava contadessas interacoes exigia que suas massas fossem nulas.Tal contradicao desapareceria se as massas dos bosonsW e Z fossem aparentes. Quer dizer, se suas mas-sas fossem dadas por outras partculas: os bosonsde Higgs. De acordo com o chamado mecanismo deHiggs13, as partculas W e Z se chocariam incessan-temente com outras partculas presentes em todo o

espaco, as partculas de Higgs, que explicariam suasmassas. Ou seja, a massa das partculas W e Z seriadada pela massa das partculas com as quais estariampermanentemente chocando-se. Existiria um campo deHiggs, fundamentalmente diferente dos demais campospois, segundo a teoria, o estado de energia mnima dessecampo ocorreria nao quando se anulasse (como e o caso,por exemplo, do campo eletromagnetico) mas em umdeterminado valor especfico distinto de zero [1]. Con-sequentemente, um campo de Higgs nao-nulo permeia ouniverso, e as partculas estao sempre interagindo comele, deslocando-se atraves dele como pessoas vadeandona agua. Essa interacao lhes da sua massa, sua inercia

(ibid., p. 62).Hoje, o mecanismo de Higgs e considerado como a

origem da massa de todas as partculas elementares,mas o paradoxo teorico envolvendo as partculas We Z foi identificado antes que as proprias partculastivessem sido detectadas. Entao, uma vez detectadas

as partculas (massivas) W e Z, o problema passou aser a deteccao do boson de Higgs, o que ate agora, pas-sados mais de quarenta anos, ainda nao aconteceu, masque se espera que aconteca antes de 2010.

Isso porque as maquinas, ou seja, os acelera-dores/colisores/detectores de partculas ate hoje cons-trudos nao foram capazes de alcancar uma energia

suficiente para criar/detectar bosons de Higgs. Con-tudo, espera-se que uma maquina chamada LHC (LargeHadron Collider) em construcao no CERN (Labo-ratorio Europeu para Fsica de Partculas), cujo fun-cionamento esta previsto para 2009,14 seja capaz dedescobrir bosons de Higgs (ou o boson de Higgs, poisha uma teoria que preve a existencia de um unico bosonde Higgs). Ou, entao, uma outra maquina, chamadaTevatron, existente no Fermilab nos Estados Unidospodera tambem, por suas peculiaridades, permitir a de-teccao do Higgs.

Aparentemente, ninguem duvida da existencia do

boson de Higgs. Parece ser uma questao de tempo e lu-gar. Quando? Onde? Ah!, e quem? Ganhara o Nobelquem descobrir o boson de Higgs? Ou devera ir paraPeter Higgs que o previu ha quarenta anos atras?

E se nao for detectado? Sera necessario modificar omodelo padrao? Fazer nova(s) hipotese(s) auxiliar (es)?

5. O que e massa afinal?

Paradoxalmente, a massa, uma propriedade tao fami-liar da materia, e um dos assuntos mais pesquisadosna fsica de partculas. Os fsicos querem explicar essa

propriedade, querem explicar por que as partculas temmassa. Isso, como visto na secao anterior, tem a vercom o boson de Higgs e melhorara e estendera o Mo-delo Padrao. Nesta secao, esse assunto sera exploradoum pouco mais. Mas antes, vejamos o que hoje se con-sidera concepcoes alternativas (misconceptions ) sobremassa, na visao de Okun [8, p. 12-13].

Massa de repouso e massa relativstica e umaterminologia antiga, do incio do seculo XX, para man-ter a relacao newtoniana entre momentum, massa e ve-locidade (p = mv). No entanto, a relacao correta e aexpressao relativstica p = mv/

1 v2/c2 de modo

que levando em conta que F = dp/dt, a expressao

F = ma e valida apenas no limite nao-relativista ondev/c


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o campo gravitacional e a forca gravitacional atuandoem um corpo).

A atracao gravitacional nao e determinada pelamassa de repouso, pois um foton e defletido pelocampo gravitacional apesar de ter massa nula. Comoa atracao gravitacional sobre um foton aumenta coma energia do foton somos tentados a aceitar que pelo

menos nesse caso tem sentido falar em massa rela-tivstica, ou massa de movimento, mas isso nao e cor-reto. Uma teoria consistente do movimento de umfoton (ou qualquer outro objeto movendo-se com veloci-dade comparavel a da luz) em um campo gravitacionalmostrara que a energia de um corpo nao e equivalentea sua massa gravitacional.

Outro exemplo dessa desafortunada terminologia ea falsa afirmacao de que na fsica de altas energias e nafsica nuclear e possvel transformar energia em materiae materia em energia. A energia se conserva. A energianao se transforma em coisa alguma, sao apenas distin-

tas partculas que se transformam umas em outras. Ouseja, a energia se conserva mas os portadores de ener-gia, e a forma em que ela aparece, de fato, mudam.

Concluindo, os termos massa de repouso e massarelativstica (ou massa de movimento) nao devemser mais usados e massa deve significar sempre a massarelativisticamente invariante da mecanica de Einstein(op. cit.).

Massa e, entao, simplesmente massa, uma pro-priedade intrnseca de certas partculas elementares. Osquarks, por exemplo, tem massa. Os fotons e outraspartculas virtuais nao tem massa. Mas a gravidadeatua tambem em fotons, ou seja, atua sobre energia,nao so sobre massa.

Energia e massa estao relacionadas pela equacao deEinstein E = mc2, mas isso nao significa que a massaseja dependente da velocidade. Este assunto esta muitobem discutido no artigo E = mc2: origem e significa-dos [9].

Mas por que tem massa as partculas que temmassa? Como se explica a massa? Este e um problemaque o Modelo Padrao espera resolver com o campo e oboson de Higgs.

A aquisicao de massa por uma partcula poderia serexplicada da seguinte maneira: o campo de Higgs es-

taria permeando todo o espaco; a partcula mediadoradesse campo seria o boson de Higgs. Uma partculareal nesse espaco interagiria com o campo e ficaria po-larizada com bosons de Higgs que lhe dariam entaomassa. Haveria uma nuvem de bosons de Higgs as-sociada a partcula dando-lhe massa. Metaforicamenteseria analogo ao que aconteceria com uma pessoa muitoimportante, ou muito conhecida, que chegasse a umafesta, ou seja, a um campo de pessoas, e imediata-mente muitas outras pessoas viessem cumprimenta-la epermanecessem ao redor dela onde ela fosse. Ou o que

aconteceria com um vendedor de sorvete que passassepor um campo de criancas [1].

Note-se que, a rigor, o que daria massa as partculasseria o campo de Higgs, caso contrario seria necessariooutro mecanismo para explicar a massa do boson deHiggs. Um unico campo de Higgs seria suficientepara explicar a massa das partculas, mas poderia

haver outros tipos de campos de Higgs. Alias, o Mo-delo Padrao Supersimetrico (uma extensao do ModeloPadrao) preve a existencia de cinco bosons de Higgs (op.cit., p. 34). Ate agora nenhum foi detectado, mas noLEP (Large Electron-Positron Collider) ja foram obti-das evidencias experimentais indiretas de que eles exis-tem. Sua deteccao, como ja foi dito, parece ser umaquestao de tempo. E de maquina!

6. A antimateria

A antipartcula de uma dada partcula tem a mesma

massa e spin dessa partcula, porem carga eletricaoposta, assim como opostos o numero barionico,15 onumero leptonico, e assim por diante. Para cadapartcula existe uma antipartcula. Assim, a anti-materia e constituda de antiprotons, antineutrons,antieletrons (chamados positrons), antileptons, anti-quarks. Partculas neutras como os fotons sao iguaisas suas antipartculas [5]. (Gravitons tambem seriamiguais as suas antipartculas.)

No incio dos anos trinta, parecia que a materiaera constituda de protons, neutrons e eletrons, e ainteracao eletromagnetica explicava porque os eletrons(negativos) ficavam ligados aos nucleos (positivos) nosatomos. Mas isso nao durou muito porque para explicara estabilidade do nucleo foi preciso postular uma novainteracao fundamental, a interacao forte, e para umadescricao do eletron que satisfizesse a teoria quanticae a teoria da relatividade foi necessario prever a exis-tencia de antipartculas. Isso foi feito por Paul Dirace, logo depois, em 1933, Carl Anderson detectou emraios cosmicos a antipartcula do eletron (antieletronou positron)

Antiprotons e antineutrons foram descobertos nosanos cinquenta. Desde 1955, os fsicos de partculasvem criando feixes de antiprotons e desde 1995 con-

seguem criar antiatomos (pares antiproton-antieletron,formando antiatomos de hidrogenio) [10].

Mas por que criar antipartculas e antiatomos?Nao existem na natureza?

Existem, mas ha no universo uma assimetriamateria/antimateria: ha mais materia do que anti-materia. Ha no universo uma imensa quantidade demateria, mas sao raras as antipartculas que ocorremnaturalmente. Esta situacao pode ser embaracosa paraa fsica de partculas, mas e afortunada para o mundoem que vivemos: materia e antimateria quando em con-

15Numero barionico e o numero total de barions presentes em um sistema menos o numero total de antibarions. Analogamente,

numero leptonico e o numero total de leptons presentes em um sistema menos o numero total de antileptons.


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tato se aniquilam mutuamente e convertem sua massatotal em uma quantidade equivalente de energia, ouseja, proton e antiproton se aniquilam produzindo umraio gama com a energia equivalente a soma de suasmassas; eletron e antieletron se aniquilam, e assim pordiante, materia e antimateria se aniquilando mutua-mente. Isso significa que um universo composto da

mesma quantidade de materia e antimateria seria hostile instavel, nao o tipo de lugar onde grandes quantidadesde materia do tamanho de planetas poderiam existir emrelativa paz e estabilidade durante bilhoes de anos [11].

O processo de producao de antipartculas e ocontrario da aniquilacao. Parte da energia produzidaem colisoes provocadas nos aceleradores de partculase convertida, por exemplo, em pares de protons e an-tiprotons.

7. A simetria CPT

O interesse por pesquisar antipartculas e, primaria-mente, teorico: o chamado teorema da simetria CPTque relaciona as propriedades das partculas e suasantipartculas; de acordo com a teoria, ambas devemseguir as mesmas leis fsicas.

CPT significa reversao da Carga, inversao daParidade e reversao do Tempo. Reversao da carga ea substituicao de todas as partculas por antipartculas.Inversao da paridade e a reflexao especular ou inversaodo espaco em relacao a um ponto e reversao do temposignifica passar o filme da realidade de tras parafrente [10, p. 58].

Dizer que a natureza e invariante frente a simetria Psignifica que qualquer processo fsico observado em umespelho segue as mesmas leis do processo nao refletido.Embora pareca obvia, tal simetria e quebrada na in-teracao fraca envolvida em certos decaimentos radioa-tivos. De um modo geral, em muitas situacoes em que asimetria P e quebrada a simetria CP e preservada, masem raras ocasioes a simetria CP e tambem quebradae essa quebra pode ter a ver com a predomin ancia damateria sobre a antimateria no universo (ibid.). A vio-lacao da simetria CP permitiria que partculas e an-tipartculas decassem com taxas diferentes.

Outro aspecto intrigante da assimetria materia/an-

timateria e que das quatro forcas fundamentais - eletro-magnetica, gravitacional, forte e fraca - apenas a fracaafetaria diferentemente a materia e a antimateria. Ouseja, em qualquer reacao causada pelas forcas eletro-magnetica, gravitacional e forte, se novas partculas fos-sem produzidas elas o seriam em iguais quantidades etipos de materia e antimateria. Estas forcas nao pode-riam entao explicar o predomnio da materia sobre aantimateria. A forca fraca talvez sim, mas isso per-manece ainda como um grande desafio para os fsicosde partculas [11, p. 16].

Voltando a questao das simetrias, se a simetria CP

tambem e violada em certos processos, resta a sime-

tria CPT. A expectativa dentro do Modelo Padrao daspartculas elementares e que qualquer violacao da sime-tria CPT deve ser muito pequena. No Modelo Padr ao,a simetria CPT e uma propriedade fundamental do uni-verso. Violacoes significativas dessa simetria indicariamproblemas no Modelo Padrao e sugeririam a necessi-dade de uma teoria que fosse alem dele. Da o interesse

em produzir antipartculas e antiatomos, nos grandesaceleradores nos Estados Unidos e na Europa, a fim deestudar profundamente suas propriedades.

8. EDQ & CDQ

A teoria das interacoes entre fotons e eletrons echamada Eletrodinamica Quantica (EDQ); correspon-dentemente, a teoria das interacoes entre gluons equarks e chamada de Cromodinamica Quantica (CQD);(quarks tem a propriedade cor; chromos em grego sig-nifica cor). Ha, no entanto, uma grande diferenca en-

tre as duas quando se leva em conta a natureza daspartculas fundamentais envolvidas (eletrons e quarks):eletrons podem ser detectados livremente, quarks nao.Alem disso, tres quarks formam hadrons e estes saobrancos, mas tres eletrons formariam um estado (naoligado) com carga - 3e, pois a carga eletrica se con-serva. Isso significa que ao inves de uma carga, comona eletrodinamica, na cromodinamica ha varias cargascor (sao oito) e que a adicao destas cargas nao e umasimples soma escalar. Lembremos que cor e uma pro-priedade da materia que no caso dos quarks apresentatres variedades (vermelho, verde e azul), porem no caso

dos gluons, combinando estas tres cores e suas anti-cores, chega-se a nove gluons, mas um deles e branco,restando, entao, oito gluons coloridos. Da dizer-se quena CQD ha oito cargas cor [5, p. 142].

Prosseguindo com a analogia entre essas duas teo-rias, observa-se que um campo eletrodinamico cria umaforca de atracao entre dois objetos carregados comcargas opostas, a qual em termos quanticos e criadaatraves da troca de fotons virtuais entre esses objetos,da mesma forma que um campo cromodinamico criariauma forca de atracao entre quarks atraves da troca dealgumas partculas virtuais analogas aos fotons virtuais.Tais partculas, como foi visto, sao chamadas gluons.

Pode-se entao construir um espaco cromodina-mico no qual as cargas cor fazem o papel da cargaeletrica no espaco eletrodinamico e os gluons o dosfotons virtuais. Contudo, o acoplamento de gluons aquarks e mais complicado do que o acoplamento defotons a eletrons, pois quando um foton interage comum eletron este permanece sendo um eletron, porem umgluon interagindo com um quark pode mudar a cor doquark, isto e, transforma-lo em um outro quark. Querdizer, as cores dos quarks podem mudar quando elesinteragem com gluons.

E preciso, no entanto, reiterar que a analogia nao e

total porque, como foi dito, na eletrodinamica ha uma


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unica carga, a eletrica, enquanto que na cromodinamicaha oito cargas cor distintas, ou oito gluons coloridos.

9. A materia escura

Estrelas, planetas, cometas, poeira cosmica e outrasformas ordinarias de materia parecem constituir apro-ximadamente 5% da massa do universo. Os outros95% seriam de materia escura e energia escura,16

se e que isso, que nao se sabe o que e, de fato exis-te. Astronomos ha decadas buscam registros da exis-tencia da materia escura e, aparentemente, estao con-vencidos de que ela existe, mas a evidencia obtidanao e, ainda, de todo convincente. Ha alguns anosos fsicos de partculas passaram a participar do es-forco dos astronomos tentando detectar, experimental-mente, partculas de materia escura. E uma tarefa, emprincpio, muito difcil, que conduz a um dilema analogoao do boson de Higgs: ou se as detecta e verifica-se que

a materia escura existe ou as teorias que subjazem afsica moderna terao que ser modificadas [13].

A hipotese da materia escura esta ligada a questaode se o universo continuara em expansao ou se estadiminuira e sera revertida levando eventualmente a umperodo de contracao. Essa questao esta relacionada aoutra: quanta massa existe no universo? Dependendoda quantidade, a expansao podera ser revertida e, in-clusive, ocorrer um Big Crunch,17 ou continuara parasempre. A primeira possibilidade e conhecida como uni-verso fechado, a segunda como universo aberto. Entreelas, ha a do universo plano, ou seja, existiria umamassa crtica do universo, suficiente para reduzir aexpansao mas nao suficiente para reverte-la.

Estimando a massa do universo a partir da materiavisvel, o resultado seria, como foi dito antes, muitopequeno e teramos o chamado universo aberto. Noentanto, ha evidencias experimentais, ainda que naototalmente convincentes, sobre a existencia de umamateria escura que permearia o universo. Combinandoa massa da materia observavel com a massa estimadada materia escura, o resultado e bastante proximo damassa crtica, deixando ainda aberta a questao de seo universo continuara em expansao ou acabara se con-traindo [4, p. 394].

Supondo, entao, que a materia escura existe, a per-gunta que surge de imediato e de que tipo de partculaseria ela constituda?.

Neutrinos eram fortes candidatos porque deve haverno universo uma enorme quantidade dessas partculaselusivas resultantes do Big Bang, os chamados neu-trinos primordiais, produzidos nos primeiros segundosde Big Bang. Na verdade, seriam candidatos ideaisse nao fosse o problema de sua massa ser muito pe-quena. Mesmo existindo em abundancia contribuiriam

com uma pequena fracao da materia escura [13, p. 59].

10. O vento escuro

Na verdade, nenhuma das partculas do Modelo Padraoresponde a pergunta da constituicao da materia escura.

Consequentemente, tentativas de extensoes do Mo-delo Padrao estao sendo feitas. Uma delas e a da Su-persimetria, a qual pressupoe a existencia de toda umanova famlia de partculas: cada partcula elementardo Modelo Padrao teria uma superparceira mais pe-sada. Sendo mais pesadas, essas partculas seriam, por-

tanto, mais lentas do que as partculas conhecidas, cons-tituindo, entao, o que se poderia chamar de materia es-cura fria.18 Destas, uma possibilidade atraente parafsicos e astronomos e o neutralino, uma amalgama dassuperparceiras do foton, do boson Z (que transmite aforca fraca) e talvez de partculas de outros tipos (ibid.).

O neutralino seria a mais leve das superpartculas;como sugere o nome, teria carga eletrica zero (por-tanto, nao afetada por forcas eletromagneticas) e seriaestavel. Sua estabilidade e neutralidade associadas auma determinada massa, satisfariam todos os requisi-tos da materia escura fria.

A teoria do Big Bang permite uma estimativa donumero de neutralinos que teriam sido criados noplasma quente inicial do universo. Esse plasma era umasopa caotica de todos os tipos de partculas, nenhumadas quais sobreviveu por muito tempo: imediatamentecolidiam com outras partculas aniquilando-se mutua-mente e produzindo novas partculas que tambem co-lidiam com outras e assim por diante em um processocclico de criacao e destruicao. Mas a medida que ouniverso esfriava e se tornava menos denso as colisoeseram menos violentas e menos frequentes, permitindoque as partculas condensassem progressivamente. Oneutralino seria uma partcula menos propensa a co-

lisoes de modo que teria sido uma das primeiras a con-densar.19 Entao, nesse perodo teria sido produzidauma imensa quantidade de neutralinos cuja massa to-

16Apesar do nome similar, materia e energia escura sao substancias distintas: materia escura e uma forma exotica de materia quenao emite, nao absorve, nem espalha luz; a unica interacao a qual ela reage e a gravitacao. Energia escura e um novo ingrediente queentrou em cena recentemente para explicar o universo porque as formas conhecidas de materia e a materia escura dao conta de apenasaproximadamente 30% dele. Os outros 70% seriam explicados pela energia escura que se distingue da materia escura pelo fato de sergravitacionalmente repulsiva levando o universo a uma expans ao acelerada. Ou seja, o universo estaria dominado por uma energiaescura que permeia to do o cosmos e que ainda nao sabemos o que e. (12, pp.306-311).

17Crunch significa esmagamento ruidoso.18A materia escura quente seria aquela dos primordios do universo, constituda de partculas que se moviam com velocidades

comparaveis a luz.19Nessa sopa primordial, quarks e gluons tambem teriam reduzido muito suas velocidades de modo que apos alguns microssegundos

acabaram unidos por forcas muito fortes e permanentemente confinados dentro de pr otons, neutrons e outras partculas chamadas

hadrons [14, p. 40].


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tal corresponde bastante bem com a massa estimada demateria escura existente no universo (op. cit., p. 60).

Teoricamente, entao, a existencia do neutralino re-solve o problema da materia escura. Consequentementee preciso detecta-lo. Mas para isso e necessario sabercomo interage com a materia normal. Se a interacao forapenas a gravitacional, nao ha esperancas de detecta-lo

pois a forca gravitacional e a mais fraca de todas nodomnio das partculas elementares. No entanto, a teo-ria da supersimetria preve que o neutralino interagiriacom a materia atraves da forca nuclear fraca. Se assimfor, ha possibilidades de detecta-lo pois embora a forcaseja fraca o numero previsto de partculas e imenso.Como foi dito no incio desta secao, a materia escurae dominante no universo. Sendo escura nao emite ra-diacao, nao perde energia e nao se aglomera para formarestrelas e planetas. Quer dizer, a materia escura per-meia o espaco interestelar como se fosse um gas. Seriaum gas estagnado, ou seja, as partculas que o cons-

tituem se moveriam, mas aleatoriamente, sem movi-mento organizado. No entanto, como nosso sistema so-lar esta orbitando em torno do centro de nossa galaxiaa 220 km p or segundo estaramos sofrendo o impacto deum vento escuro que segundo estimativas dos cientis-tas seria da ordem de um milhao de partculas escuraspor metro quadrado por segundo.

Ha pelo menos uma dezena de laboratorios tentandodetectar o neutralino desde 1997. Alem da dificuldadeinerente ao fato de que a interacao da materia escuracom a materia comum e fraca, ha o problema de que osdetectores, sendo construdos de metal, contem tracosradioativos de elementos como uranio e torio que de-

caem produzindo partculas que sao confundidas compartculas escuras. A dificuldade nao e tanto de sen-sibilidade, mas de impureza intrnseca aos detectores(op. cit., p. 61).

Ate meados dos anos setenta a fsica de partculase a cosmologia eram areas de pesquisa completa-mente separadas, porem, nessa epoca, talvez em funcaode grandes cortes de verbas, pesquisadores em fsicade partculas se deram conta que estudos sobre osprimordios do universo ofereciam uma possibilidadeunica de investigar fenomenos de alta energia que naopodiam ser recriados em laboratorio [15]. Surgiu assim

a cosmologia de partculas, uma area hbrida e alta-mente promissora em fsica.

11. Neutrinos oscilantes

O Modelo Padrao inclui tres tipos distintos de neutri-nos: neutrino do eletron, neutrino do muon e neutrinodo tau. Haveria, entao, tres sabores distintos de neu-trinos. De acordo com a teoria proposta pelo fsicoingles Arthur Eddington, em 1920, a energia do Solseria proveniente de reacoes de fusao nuclear que ocor-reriam no seu interior. Mais tarde, com a hipotese de

Pauli (1930) sobre a existencia do neutrino e ainda de-

pois com o Modelo Padrao, chegou-se, teoricamente, aconclusao de que tais reacoes produziriam neutrinos doeletron em abundancia. Contudo, desde os anos 60 ate2002 os experimentos para detectar esses neutrinos so-lares sempre davam resultados significativamente inferi-ores aos previstos pela teoria. Essa incomoda diferencaque ficou conhecida como o problema dos neutrinos so-

lares [16] era tambem um problema do Modelo Padrao.Quer dizer, uma previsao do Modelo Padrao nao eraconfirmada pelos resultados experimentais. Em algunscasos, o numero de neutrinos detectados era apenas umterco do previsto.

Somente em 2002, fsicos do Observatorio de Neu-trinos SudBury, em Ontario, resolveram este problemaconfirmando experimentalmente a hipotese dos fsicosGribove e Pontecorvo, feita em 1969, supondo que osneutrinos produzidos no interior do Sol mudam de sa-bor antes de chegar a Terra. Ou seja, o numero de neu-trinos do eletron produzidos nas reacoes de fusao nu-

clear, previsto teoricamente, estava bem, mas o numerodetectado na Terra seria menor porque os neutrinosdo eletron se convertiam em outros neutrinos nao de-tectaveis pelos experimentos montados ate entao paradetectar neutrinos solares. Essa hipotese dos neutrinososcilantes depois de confirmada experimentalmente re-solveu o problema dos neutrinos solares, confirmou ateoria de Eddington e eliminou essa anomalia existenteno Modelo Padrao. Por outro lado, levou a uma mo-dificacao no Modelo Padrao pois, segundo a teoria, osneutrinos seriam partculas sem massa, mas os novos re-sultados implicavam que eles teriam massa, ainda quemuito pequena (op. cit., p. 24).

A hipotese da oscilacao dos neutrinos requer que ostres sabores de neutrino (do eletron, do muon e do tau)sejam constitudos de misturas de estados de neutrinos(identificados como 1, 2 e 3) com diferentes massas. Umneutrino do eletron poderia ser entao uma mistura deestados 1 e 2 enquanto que um neutrino do mu on se-ria uma mistura diferente desses mesmos estados. Deacordo com essa hipotese, enquanto viajam (8 min!)ate a Terra, esses neutrinos, constitudos de distintasmisturas, oscilam entre um e outro sabor. Ha variosmodelos para a oscilacao dos neutrinos, supondo que aoscilacao ocorre ainda no proprio Sol, ou que ocorre no

espaco vazio ou, tambem, que acontece no interior daTerra (eles praticamente nao interagem com a materia),tudo dependendo da mistura e da diferenca de massas.Resultados experimentais recentes, no observatorio deneutrinos antes referido, indicam que do total de aproxi-madamente 5 milhoes de neutrinos solares que chegam aTerra por cm2 por segundo cerca de dois tercos sao neu-trinos do tau ou neutrinos do muon. Como as reacoesde fusao nuclear no interior do Sol s o produzem neu-trinos do eletron, tais resultados confirmam a hipotesedos neutrinos oscilantes.

Oscilantes ou nao, os neutrinos constituem um dos

mais fascinantes topicos da fsica de partculas. Sao di-


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tos elusivos, ou seja, ariscos, evasivos, fugidios, de difcilcompreensao. Ao que parece, quanto mais os fsicosde partculas souberem sobre os neutrinos mais sabere-mos sobre a natureza da materia, sobre a formacao degalaxias, sobre a assimetria materia - antimateria.

12. Conclusao

Como foi dito no incio, o Modelo Padrao e uma exce-lente teoria, a melhor que ja tivemos sobre a naturezada materia. E uma teoria que identifica as partculasconstituintes da materia e descreve como elas intera-gem. Alem disso, o faz apresentando varias simetrias esempre buscando outras.

Mas nao e uma teoria acabada, nem definitiva. Aocontrario e, como todas as demais teorias cientficas,uma verdade provisoria, no sentido de que, segura-mente, sera modificada, completada, extrapolada, afim de explicar melhor o que se propoe e, em algummomento, dara lugar a outras teorias que, de algumaforma, nela estarao apoiadas.

Dentre os problemas que enfrenta o Modelo Padraopode-se destacar os seguintes [1, pp. 61-62].

- A assimetria materia - antimateria: se o uni-verso comecou no Big Bang como uma imensa explosaode energia, ele deveria ter evolvido em partes iguais demateria e antimateria (simetria CP). Ao inves disso,estrelas e nebulosas sao feitas de protons, eletrons eneutrons e nao de suas antipartculas. Essa assimetrianao e explicada pelo Modelo Padrao. Ha no universomuito mais materia do que antimateria.

- A materia escura e a energia escura: a maiorparte do universo e constituda da chamada materia es-cura e da energia escura, que nao sao formadas pelaspartculas do Modelo Padrao.

- O campo de Higgs: a interacao com o campode Higgs, mediada pelo boson de Higgs, daria massa aspartculas. Espera-se que o boson de Higgs seja detec-tado nos proximos anos, mas mesmo que isso venha, defato, a ocorrer, o Modelo Padrao tem dificuldades paraexplicar formas particulares dessa interacao. Uma delase que pelos calculos da teoria atual a massa do bosonde Higgs seria muito grande e, consequentemente, as

partculas do Modelo Padrao teriam massas tambemmuito grandes.

- A gravidade: o graviton nunca foi detectado eo Modelo Padrao nao consegue incluir a interacao gra-vitacional porque ela nao tem a mesma estrutura dasoutras tres interacoes.

Tais problemas poderao ser resolvidos. A deteccaodo boson de Higgs sera mais um exito espetacular doModelo Padrao. A hipotese dos neutrinos oscilantes re-solveu o problema da grande diferenca entre o numerode neutrinos previstos e o numero de neutrinos detec-tados na Terra. A deteccao do neutralino resolveria o

problema da materia escura.

A gravidade podera continuar sendo a grande dorde cabeca do Modelo Padrao [4, p. 99). Mas mesmoque se encontre alguma solucao para este problema con-ceitual da teoria, os fsicos acreditam que ela devera sersuplantada por outra mais completa. Modelos PadraoSupersimetricos [1, 17] sao serios candidatos.

Mas se o Modelo Padrao, apesar das anomalias, e

uma teoria tao bem sucedida por que os fsicos bus-cam suplanta-la? Nao seria o caso de conviver com asdificuldades?

A resposta e sim e nao. Por um lado, e normal queas teorias cientficas tenham problemas que nao con-seguem resolver, desde que resolvam muitos outros. Poroutro, o progresso do conhecimento cientfico dependede novas teorias, com maior poder explicativo.

Para Bachelard [18], por exemplo, o conhecimentocientfico e um permanente questionar, um permanentenao ao conhecimento anterior, mas nao no sentido denegacao, e sim no de conciliacao: cada nova teoria

diz nao a teoria antiga e assim avanca o pensamentocientfico. A filosofia do nao de Bachelard surge naocomo uma atitude de recusa, mas sim como de recon-ciliacao. A nova teoria diz nao a anterior, mas surge apartir dela.

Essa filosofia do nao e tambem uma filosofia da de-silusao. Ou seja, o conhecimento cientfico e sempre areforma de uma ilusao, e fruto da desilusao com o quejulgavamos saber [19].

A superacao do Modelo Padrao, na optica deBachelard, sera uma consequencia natural da desilusaoque teremos com ele, da necessidade de dizer nao a ele sequisermos aprender mais sobre partculas elementares e

suas interacoes, sobre a materia escura, a antimateria,o campo de Higgs e outros topicos abordados neste ar-tigo.

As teorias cientficas estao sempre em construcao.Neste artigo procurou-se ilustrar, com o ModeloPadrao, esta faceta fascinante da ciencia.

Agradecimento

O autor agradece aos Professores Eliane Veit e PauloMors, do Instituto de Fsica da UFRGS, pela re-visao crtica de versoes iniciais deste trabalho; agradece

tambem ao revisor da RBEF p elas valiosas sugestoesrecebidas.

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