Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 1

VII – Preparação da Unificação das Interações Fundamentais

Parte 1

A Física é a ciência da matéria e forças; no passado, seus principais avanços foram ou as descobertas das subestruturas (e isto se relaciona à matéria) ou a compreensão de que duas forças muito diferentes são a manifestação de uma simples interação (e isto é uma propriedade das forças). A cadeia dada por átomo-núcleo-nucleon-quark, descreve a primeira linha de desenvolvimento, enquanto a segunda remonta a unificação de Newton do peso na Terra em meio a atração dos corpos astronômicos. Mais tarde, Maxwell unificava os fenômenos elétrico e magnético; e somente vinte anos atrás (década de 60) o decaimento beta-nuclear foi unificado com o decaimento muon e a existência de uma ligação universal fraca (weak) estabelecida. Desde então temos vivido com 4(quatro) diferentes e não relacionadas forças fundamentais: gravitacional, fraca, eletromagnética e forte. As ligações fortes envolvendo hadrons são agora admitidas ser apenas um pálido vestígio das intensas forças atuando entre os quarks dentro de cada hadron. Forças gravitacionais são tão fracas que ninguém teve sucesso ainda na detecção de seu efeito no mundo subnuclear. As duas interações que parecem, a priori, menos dissimilares são a eletromagnética e a fraca; a primeira sendo intermediada por fótons e a segunda por weakons hipotéticos. Essas partículas virtuais, usualmente indicadas pelos símbolos W+ e W,  possuem carga elétrica e devem possuir grande massa, uma vez que até agora elas não foram produzidas em qualquer colisão de alta energia. Recentes experiências com neutrinos indicam que sua energia de repouso tem que ser maior do que 30 GeV.

Esta década foi o início de um novo processo de unificação das interações fracas e eletromagnéticas, e isso a despeito das notáveis diferenças entre os mediadores dessas forças. Gell-Mann15, de maneira até que bem humorada, listou os diferentes comportamentos dos dois mediadores: “Você pode ver a imensa similaridade das propriedades dos fótons e dos weakons W± : o fóton é eletricamente neutro, o weakon é carregado; o fóton move-se à velocidade da luz e tem massa de repouso zero, o weakon tem energia de repouso de 50 ou 100 GeV, próxima de zero, mas há uma notável diferença; para o fóton o acoplamento é de paridade invariante ou direito-esquerdo simétrico, para o weakon nós sabemos ser puramente esquerdo”. “Exceto essas diferenças menores, os acoplamentos são virtualmente idênticos e apresentam uma analogia matemática quase perfeita que nenhum teórico dos campos pode perceber até o momento”.

A primeira entre essas muitas diferenças entre fótons e weakons foi resolvida pela descoberta feita no CERN em 1973, de um novo tipo de força fraca, a então chamada “interação fraca neutra”. A teoria que abrange o mais amplo espectro de fatos experimentais, todavia, é uma teoria de campos proposta em 1967 por Steven Weinberg16 da Universidade de Harvard, e independentemente, alguns meses mais tarde, por Abdus Salam17 do Centro Internacional de Física Teórica de Trieste. Seu desenvolvimento é intimamente ligado ao conceito de “renormalização” que tem transformado a eletrodinâmica quântica de uma interminável fonte de infinitos embaraçosos, numa respeitável teoria. Teorias desse tipo foram também conhecidas com o nome de teorias de “Gauge”. Aqui, pela primeira vez encontramos as palavras mágicas que os Físicos repetem tão assiduamente nos dias de hoje, enquanto discutem unificação das interações: Teorias de Gauge. Há um outro grupo de palavras mágicas e misteriosas que acompanham aquelas primeiras: simetria espontaneamente quebrada. Uma das melhores apresentações dessas idéias foi dada por Weinberg durante uma reunião da Academia Americana de Artes e Ciência em Boston:

“As boas novas são que há uma classe de teorias quânticas dos campos, conhecidas como teorias de gauge, que oferecem um prospecto de unificação das interações fracas, eletromagnéticas e, talvez, as fortes, num elegante formalismo matemático. Para explicar essas teorias, eu gostaria de fazer referência a algo muito mais familiar: a relatividade geral. Um dos princípios fundamentais da Física é que suas leis não são dependentes da orientação do laboratório. Mas, suponhamos que seja estabelecido um laboratório girante no qual a orientação variaria com o tempo. As leis da natureza, então, seriam as mesmas? Newton diria que não. Ele sustentaria que a rotação de um laboratório em relação ao espaço absoluto produz uma variação na forma das leis da natureza. Esta variação pode ser vista, por exemplo, na existência das forças centrífugas. Einstein, todavia, dá uma resposta diferente. Ele diz que as leis da natureza são exatamente as mesmas tanto para o laboratório girante quanto para o laboratório em repouso. No laboratório girante o observador vê um enorme firmamento de galáxias girando na direção oposta. Este fluxo de matéria produz um campo que age no laboratório e, em resposta, produz efeitos observáveis como a força centrífuga. Na teoria de Einstein, aquele campo é a gravitação. Em outras palavras, o princípio da invariância, a idéia de que as leis da natureza são as mesmas tanto no laboratório girante como no laboratório em repouso, requer a existência da força de gravitação. Além disso, esse campo gravitacional é responsável não somente pelas forças centrífugas mas também pela força gravitacional ordinária entre a terra e a maçã de Newton.”

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 2.

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 3.

 

Amaldi, U. – Particle Accelerators and Scientific Culture – CERN-79-06, Experimental Physics Division, July, 12 1979 – Genova – Italy

N.T. as notas do tradutor – Marcos Ubirajara de Carvalho e Camargo – encontram-se grafadas em itálico.

 

3 Comentários

  1. Gomes said,

    18/07/2009 às 22:10

    Oi Tava passando poraqui e achei legal o blog, na net achei a teoria de um cientista que deu uma possivel solução para essa unificação, mas estranha, mas tem logicas nela.Falo isso pelo fato de tudo que envolve essa Grande unificação eu achar estranho.

    Vou deixa o link aqui:

    http://www.scribd.com/doc/17459544/Teoria-da-Grande-Unificacao-GUT

    • muccamargo said,

      19/07/2009 às 11:55

      Olá Gomes! Obrigado pela vista e pelo link. Oportunamente, darei uma olhada lá.
      Abs.

      Marcos Ubirajara.


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