Jim Baggott é autor de Higgs: The Invention and Discovery of the ‘God Particle’ e escritor científico freelancer. Foi professor de química na Universidade de Reading, mas saiu para seguir uma carreira empresarial, onde primeiro trabalhou com a Shell International Petroleum Company e depois como consultor e formador empresarial independente. Seus muitos livros incluem Atomic: The First War of Physics (Icon, 2009), Beyond Measure: Modern Physics, Philosophy and the Meaning of Quantum Theory (OUP, 2003), A Beginner’s Guide to Reality (Penguin, 2005), e A Quantum Story: Uma História em 40 Momentos (OUP, 2010).

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No dia 4 de julho de 2012, cientistas nas instalações do CERN’s Large Hadron Collider (LHC) em Genebra anunciaram a descoberta de uma nova partícula elementar que eles acreditam ser consistente com o boson Higgs, também conhecido como a ‘partícula de Deus’. A nossa compreensão da natureza fundamental da matéria – tudo no nosso universo visível e tudo o que somos – está prestes a dar um grande salto em frente.

Então, o que é o bóson Higgs e porque é chamado de ‘partícula de Deus’? O escritor científico Jim Baggott, cujo livro Higgs: the Invention and Discovery of the ‘God Particle’, fornece algumas destas respostas.

Sabemos que o universo físico é construído a partir de partículas elementares de matéria (como elétrons e quarks) e as partículas que transmitem forças entre elas (como os fótons). As partículas de matéria têm características físicas que classificamos como férmions. As partículas de força são bósons.

Na teoria dos campos quânticos, estas partículas são representadas em termos de ‘campos’ de energia invisível que se estendem através do espaço. Pense em suas experiências de infância brincando com ímãs. À medida que você empurra os pólos norte de dois ímãs de barra juntos, você sente a resistência entre eles crescer em força. Isto é o resultado da interacção de dois campos magnéticos invisíveis, mas ainda assim muito reais. A força de resistência que você experimenta ao empurrar os ímãs juntos é carregada por fótons invisíveis (ou ‘virtuais’) que passam entre eles.

Matéria e partículas de força são então interpretadas como distúrbios fundamentais destes diferentes tipos de campos. Dizemos que estas perturbações são os ‘quanta’ dos campos. O elétron é o quantum do campo de elétrons. O fóton é o quantum do campo eletromagnético, e assim por diante.

Em meados dos anos 60, as teorias do campo quântico eram relativamente impopulares entre os teóricos. Estas teorias pareciam sugerir que os portadores de força deveriam ser todos partículas sem massa. Isto fazia pouco sentido. Tal conclusão é boa para o fóton, que carrega a força do eletromagnetismo e é de fato sem mastro. Mas acreditava-se que os portadores da fraca força nuclear, responsáveis por certos tipos de radioatividade, tinham que ser partículas grandes e maciças. De onde então vinha a massa dessas partículas?

Em 1964, quatro trabalhos de pesquisa apareceram propondo uma solução. E se, esses trabalhos sugeriam, o universo é permeado por um tipo diferente de campo energético, um que aponta (impõe uma direção no espaço) mas não empurra ou puxa? Certos tipos de partículas de força podem então interagir com este campo, ganhando assim massa. Fótons atravessariam o campo, sem serem afetados.

Um destes trabalhos, do teórico inglês Peter Higgs, incluiu uma nota de rodapé sugerindo que tal campo também poderia ter uma perturbação fundamental; um quantum do campo. Em 1967 Steven Weinberg (e posteriormente Abdus Salam) usou este mecanismo para elaborar uma teoria que combinava as forças eletromagnéticas e nucleares fracas. Weinberg foi capaz de prever as massas dos portadores da força nuclear fraca – os bósons W e Z. Estas partículas foram encontradas no CERN cerca de 16 anos depois, com massas muito próximas das previsões originais de Weinberg.

Por volta de 1972, o novo campo estava sendo referido pela maioria dos físicos como o campo Higgs, e seu quantum de campo era chamado de bóson Higgs. O ‘mecanismo de Higgs’ tornou-se um ingrediente chave no que ficou conhecido como o modelo padrão da física de partículas.

O campo de Higgs foi inventado para explicar como de outra forma partículas de força sem massa poderiam adquirir massa, mas logo se tornou aparente que algo muito semelhante é responsável pelas massas das partículas de matéria, também.

A forma como o campo Higgs interage com campos de bósons sem massa e a forma como interage com campos de fermion sem massa não é a mesma (este último é chamado de interação Yukawa, nomeado pelo físico japonês Hideki Yukawa). No entanto, o campo de Higgs tem claramente um papel fundamentalmente importante a desempenhar. Sem ele, tanto a matéria como as partículas de força não teriam massa. A massa não poderia ser construída e nada em nosso universo visível poderia ser.

Em seu popular livro The God Particle: Se o Universo é a Resposta, Qual é a Pergunta?, publicado pela primeira vez em 1993, o físico americano Leon Lederman (escrevendo com Dick Teresi) explicou porque escolheu este título:

Este bóson é tão central para o estado da física de hoje, tão crucial para a nossa compreensão final da estrutura da matéria, mas tão elusiva, que lhe dei um apelido: a Partícula de Deus. Por que Partícula de Deus? Por duas razões. Primeiro, a editora não nos deixaria chamar-lhe a Partícula de Deus, embora isso possa ser um título mais apropriado, dada a sua natureza vil e as despesas que está a causar. E segundo, há uma ligação, de certa forma, com outro livro, muito mais antigo…

Lederman passou a citar uma passagem do Livro do Génesis.

Este é um apelido que continua a ser amplamente usado por escritores e jornalistas de ciência populares. É um nome que se colou. A maioria dos físicos parece não gostar dele, pois acreditam que exagera a importância do bosão Higgs (é o campo Higgs que é chave). Em uma memória pessoal intitulada Minha Vida como um Bóson, Peter Higgs explicou como a partícula há muito procurada veio a ter o seu nome, definindo o seu status como “partícula mais procurada da Física”

“Deus” ou “mais procurada”, é uma partícula que os físicos certamente têm estado desesperados para encontrar. A questão é agora; será o trabalho de Peter Higgs reconhecido de outra forma, talvez com um Prémio Nobel?