Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 2

Parte 2

“As teorias de Gauge são similares. Elas são teorias nas quais há um princípio de invariância que logicamente requer a existência de forças em si. Todavia, nas teorias de Gauge, o princípio da invariância ou a simetria – usa-se as palavras como intercambiáveis – não é a simetria espacial com a qual estamos familiarizados, mas uma simetria interna. Sempre que tais simetrias surgem, elas forçam as partículas a cair dentro de uma família natural – dubletos, tripletos, etc. – tais como as famílias de níveis de energia de átomos comuns. As partículas que operam as regras para as teorias de Gauge, assim como o quantum da radiação gravitacional, o gráviton, opera para a relatividade geral, formam uma família em si cujos integrantes são determinados pela natureza da simetria. Na versão mais simples de uma teoria de Gauge de interações fracas e eletromagnéticas proposta no fim da década de 60, aquela família consiste do fóton – o quantum da radiação eletromagnética, a partícula que transmite a força elétrica – e uma pesada e carregada partícula intermediadora chamada weakon, ou a partícula W, que produz os rayons urânicos descobertos por Becquerel18. Na teoria mais simples, a massa da partícula W é cerca de 75 vezes a massa de um átomo de hidrogênio e, portanto, muito pesada em comparação com as massas típicas das partículas elementares; assim, o “range” (alcance destas) é extremamente curto, cerca de 0.003 Fermis. O fato de ser a massa grande explica porque a força fraca é tão fraca: é difícil para tal partícula ser intercambiada. Neste tipo de teoria, a força fraca permanece revelada como tendo exatamente a mesma resistência intrínseca que a força eletromagnética, e as experiências em muito altas energias mostrarão que as forças têm a mesma ordem de magnitude.

Além do fóton, W+ e W, há um outro membro da família, um vetor de bóson intermediador neutro, que pode ser chamado de partícula Z. Ele é ligeiramente mais pesado que o W e produz um tipo inteiramente novo de ligação fraca envolvendo a troca de partícula Z neutra. A teoria prévia não predisse que uma força fraca poderia ser produzida por correntes neutras, e quando esta idéia foi primeiramente proposta por teóricos, ela foi desprezada. Mas, em 1973, evidências de tais correntes neutras foram observadas num certo número de experiências”.

Para esclarecer o mecanismo que dá essas grandes massas aos weakons e sua relação com o vácuo, Sidney Coleman18 escreve: “Em geral, não há razão porque uma invariância de leis que governam um sistema mecânico quântico seria também uma invariância do estado fundamental do sistema. Assim, por exemplo, as forças nucleares são rotacionalmente invariantes, mas isto não implica que o estado fundamental de um núcleo é necessariamente invariante rotacional. Isto é uma trivialidade para o núcleo, mas tem conseqüências altamente não triviais se considerarmos sistemas que, ao contrário do núcleo, são de extensão espacial infinita. O exemplo padrão é o ferromagneto de Heisenberg19, que é uma rede cristalina infinita e dipolos magnéticos, com interações entre vizinhos próximos tal que os dipolos vizinhos tendem a alinhar-se. Ainda que as leis da natureza sejam rotacionalmente invariantes, o estado fundamental não é; ele é um estado no qual todos os dipolos estão alinhados numa direção arbitrária. Um pequeno homem vivendo dentro de tal ferromagneto teria uma dificuldade de detectar a invariância rotacional das leis da natureza; todas as sua experiências seriam corrompidas pelo campo magnético fundamental. Se seu aparato experimental interage apenas fracamente com o campo fundamental, ele pode detectar a invariância rotacional como uma invariância aproximada; todavia, se interage fortemente, ele pode comprometer tudo; no entanto, ele não teria razão para suspeitar que ele estava de fato numa simetria exata. Também, o pequeno homem não teria esperanças de detectar diretamente que o estado fundamental no qual se encontra é de fato um dos infinitos estados possíveis que têm diferentes orientações no espaço. Uma vez que ele é de dimensão finita (este é o significado técnico de “pequeno” homem), ele pode somente variar a direção de um número finito de dipolos ao mesmo tempo; mas, para ir de um estado fundamental do ferromagneto para outro, ele deve mudar as direções de um número infinito de dipolos: uma tarefa impossível”.

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 1.

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 3
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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.

 

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