Cristalino – O Universo de Cristal Perfeito

O Todo-Vazio como Cristal Perfeito

Nenhum fenômeno possui uma natureza própria, que possa ser chamada de ‘eu’. Por quê? Porque eles, os fenômenos, resultam de uma quebra de simetria de uma ordem superior, devida às impurezas. Essa quebra de simetria impõe a discriminação como um aspecto essencial da realidade. Ora, a assim chamada natureza de todos os fenômenos é um produto de relações causais, nada mais, portanto ‘é’; esses fenômenos, pelo aspecto temporário, têm como destino inexorável a sua ‘dissolução’ no Todo-Vazio, portanto ‘não-é’.

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Cristalino

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Conteúdo deste volume:

A Teoria Geral da Fatalidade. 3

1ª Lei da Fatalidade. 3

Corolário Cósmico da Completeza. 3

Corolário da Fatalidade Intrínseca da Novidade. 3

2ª Lei da Fatalidade. 3

Corolário da Condenação Eterna. 4

Corolário do Esquecimento Newtoniano. 4

I – O Átomo. 5

II – Elementos de Estruturas Cristalinas. 7

Noções do Fenômeno de Transporte em Meios do Estado Sólido. 9

A Luz. 11

Cristais Iônicos. 13

Cristais de Quartzo. 13

Reações do Estado Sólido e Interações Entre Defeitos. 14

Recombinação de Pares de Defeitos. 14

Recombinação Elétron-Pósitron. 16

Difusão – Aglomerados (sem perda de identidade). 18

Difusão – Sumidouros (com perda de identidade). 20

Precipitação. 21

Distorções Numa Rede. 24

III – Cristalofísica – Noções e Propriedades. 26

Introdução. 26

O Modelo de Tensão de Caráter Expansivo – 1a. Parte. 27

1ª. Parte. 27

2ª. Parte. 29

Propriedades da Física dos Cristais. 31

Propriedades Físicas dos Cristais Descritas com Tensores de 2ª.Ordem. 33

Princípio de Neumann9. 35

Princípio de Curie10. 35

Superfície Característica de um Tensor Simétrico de Segunda Ordem. 36

Propriedades Geométricas. 37

Propriedades Ópticas de Cristais. 37

1ª. Parte. 37

2ª. Parte. 39

Tensões e Deformações em Cristais, Expansão Térmica. 42

Eixos Principais do Tensor de Tensões e Superfícies de Tensões. 43

O Tensor de Tensões como Exemplo de Tensor Campestre. 44

Eixos Principais do Tensor de Deformações e Superfície Característica do Tensor de Deformações.  46

Elipsóide de Deformações. 47

Tensor de Deformações e Princípio de Neumann. 49

Expansão Térmica. 50

Propriedades Elásticas dos Cristais. A Lei de Hooke. 50

A Energia do Cristal Deformado. 51

Módulo de Young, Módulo de Deslizamento e Coeficiente de Poisson. 52

Superfície de Índices dos Coeficientes de Elasticidade. 53

Propriedades Piezoópticas dos Cristais. 53

IV – Dinâmica de Rede. 57

A Equação da Dinâmica. 60

A Hamiltoniana Clássica. 61

O Modelo Vibracional Coletivo. 65

Vibrações em Mecânica Quântica. 65

Vibrações na Forma ou Esfera de Influência. 67

Coordenadas Normais no Sistema Quântico. 70

A Contribuição Anarmônica. 74

V – O Universo de Defeitos em Cristais. 79

Introdução. 79

A Dinâmica de Defeitos em Cristais. 79

A Termodinâmica de Não Equilíbrio. 79

Difusão para Aglomerados. 81

Séries Periódicas de Sorvedouros. 83

Equações da Continuidade para Defeitos em Cristais Simples. 85

Condições de Contorno para as Equações da Continuidade. 86

Eficiência de Absorção, Taxa de Emissão Térmica e Difusividade. 88

As Equações da Difusão. 90

Séries Aleatórias de Sorvedouros. 93

A Dedução de uma Média Geral para as Concentrações de Defeitos. 95

A Equação da Difusão para Séries Aleatórias de Sorvedouros. 97

A Análise Local das Equações da Difusão. 98

O Espaço-Fase de Equações Autônomas. 99

Pontos Críticos no Espaço-Fase. 100

Espaço-Fase Bidimensional. 101

Sistemas Autônomos Lineares. 103

Análise do Ponto Crítico de Sistemas Não-Lineares Bidimensionais. 106

Dificuldade com a Análise Linear. 109

Comportamento de um Sistema Não Linear de Ordem Superior Próximo a um Ponto Crítico Estável. 111

VI – Preparação da Unificação das Interações Fundamentais.  114

Uma Visão Global da Unificação das Interações. 122

Uma Técnica para “Fusão do Vácuo”. 123

As Idéias de Bruno Touschek. 123

As Cores de Oscar Greenberg. 124

A Cromodinâmica Quântica de Sheldon Glashow. 126

Os Limites da Análise nas Idéias de Kogut, Wilson e Susskind. 127

VII – O Pensamento de Behram Kursunoglu. 130

Primórdios da Eletrodinâmica Quântica. 130

A Idéia de Behram Kursunoglu. 131

Uma Nova Carga Magnética. 133

Um Novo Vácuo. 135

Um Novo Spin. 137

Uma Nova Força. 138

Um Novo Papel Para a Força Gravitacional. 140

Uma Nova Energia Própria. 141

Um Novo Universo. 144

A Conclusão de Behram Kursunoglu. 147

VIII – O Cristalino. 149

O Todo-Vazio como Cristal Perfeito. 151

A Idéia de Behram Kursunoglu

A nova teoria da eletrodinâmica quântica dissimula a “verdadeira natureza” da carga elétrica e da massa que carrega essa carga na trama cinzenta daquilo que foi chamado “renormalização de carga e massa”. As equações da eletrodinâmica quântica que contém os parâmetros carga e massa não produzem de algum modo, em todos os casos, resultados observáveis finitos. Todos os cálculos que contém a massa e a carga, levam à respostas “infinito”, a menos que esses infinitos sejam embutidos de uma maneira engenhosamente formulada e sejam por “decreto” equacionados para os resultados finitos observados. Este era o conceito da “renormalização” e as regras para ele foram “logicamente” e “iniqüamente” estabelecidas tal que qualquer um no campo computaria para qualquer processo eletromagnético (emissão, absorção, espalhamento de partículas e fótons, criação e aniquilação de partículas e anti-partículas, etc.) um resultado finito em boa concordância com a experiência. Isto era tão convincente que os mais renomados Físicos aceitaram como uma resposta final às dificuldades da teoria quântica relativística e adotaram a “renormalizibilidade” de uma teoria física como um princípio da física. Tudo isso foi feito à custa da lesão da mais “apaixonante” e interessante região da partícula elementar: sua constituição interior.

Por exemplo, na eletrodinâmica clássica, a energia potencial de uma partícula puntiforme com carga elétrica e é definida como e2/r, onde r é sua distância em relação à outra carga e. Assim, sua energia própria, isto é, a energia computada para r=0 é obviamente uma quantidade infinita. Energia própria na teoria quântica, como um problema de um “corpo infinito”, assume uma forma muito mais complicada e é, mesmo após o procedimento de renormalização, ainda uma quantidade infinita. Uma vez que a energia própria não aparece diretamente nos resultados calculados da eletrodinâmica quântica, os inventores do esquema de renormalização ocultaram-na sob o tapete e dessa maneira revelaram o fato de que a “renormalização” contornava dificuldades básicas da eletrodinâmica quântica sem resolver os problemas atuais.

Experiências têm demonstrado agora a existência de cerca de 200 partículas diferentes que interagem por via de algumas ou todas as chamadas quatro interações fundamentais conhecidas: forte, eletromagnética, fraca e gravitacional (mais fraca que a fraca). A massa, ou mais geralmente a energia, é a fonte do campo gravitacional e a sua esfera de influência como uma força de atração se estende a distâncias infinitas. Por essa razão ela é classificada como uma força de “longo alcance”. Para finalidades mais práticas, a influência da gravitação (mesmo se causada pela existência de massa) na proliferação de partículas elementares e no seu comportamento geral é ignorada. A carga elétrica é a fonte do campo eletromagnético e sua esfera de influência na forma de forças atrativas e repulsivas também se estende a distâncias infinitas e, assim, é um segundo exemplo fundamental de uma “força de longo alcance”. A razão da força eletromagnética entre duas cargas elétricas e com igual massa m para a força gravitacional entre as massas é dada por:

e2 / Gm2 = 1040 ,

onde m é a massa de um elétron e G é a constante gravitacional que aparece na lei de gravitação universal de Newton. Daqui se conclui que o erro que se comete ao desprezar a influência da força gravitacional no comportamento da partícula elementar é, sem dúvida, muito pequeno. Todavia, mesmo quando a interação gravitacional é omitida, o sucesso da eletrodinâmica quântica não poderia ser estendido a uma compreensão real das forças nucleares que agem somente sobre curtas distâncias, da ordem de 10-15 a 10-13 cm. Além disso, experiências realizadas com partículas como elétrons, prótons e fótons a muito altas energias (de 100 a 500 bilhões de eV) têm, sem qualquer sombra de dúvida, revelado que não somente partículas pesadas como o próton e o nêutron (barions), mas também uma partícula leve como o elétron (lepton), que tem massa 1/2.000 vezes a massa do próton, têm uma estrutura complexa (estendida) e, de fato, interagem fortemente a muito altas energias. Experiências têm dado assim, evidências indicando uma unidade básica de todas as interações. A intensidade e o alcance das interações fortes foram descobertas ser dependentes da energia, e a forma dessa dependência lança dúvidas em algumas das convicções mais aceitas como, por exemplo, que um elétron ou um fóton não exibem interações fortes.

O quadro emergente da breve discussão acima sobre o “status” atual do assunto, aponta para a unidade de todas as interações fundamentais. Esta indicação da unificação da física ou, mais geralmente, da ciência, tem um apelo estético e filosófico.

Nas três seções seguintes, Kursunoglu tentará resumir a evolução de alguns esforços e, em particular, concentrar-se-á mais nos últimos progressos feitos em sua própria pesquisa (teoria da gravitação generalizada) para conexão entre o menor (a partícula elementar) e o maior (o universo).

 

Kursunoglu, B. – A Non-Technical History of the Generalized Theory of Gravitation Dedicated to the Albert Einstein Centennial – Center for Theoretical Studies, University of Miami, Coral Gables, Florida 33124 – USA.

Os Primórdios da Eletrodinâmica Quântica

Uma Nova Carga

Um Novo Vácuo

Um Novo Spin

Uma Nova Força

Um Novo Papel para a Força Gravitacional

Uma Nova Energia Própria

Um Novo Universo

Uma Visão Global da Unificação das Interações

VII.1 – Uma Visão Global da Unificação das Interações

Agora sabemos que as ligações eletromagnéticas e fracas são muito similares, e temos a teoria de sua unificação que tem o mérito de atribuir as principais diferenças entre essas duas interações, à simetria oculta que forma nosso mundo, mas não se manifesta completamente no fenômeno que observamos. Deste ponto de vista, os mediadores das interações fracas e eletromagnéticas, os hipotéticos weakons e fótons, tornam-se da mesma família, a despeito de terem muito diferentes massas e de estarem numa base muito diferente de todas as outras partículas, porque sua existência resulta de uma muito fundamental simetria da natureza, que surge sob o nome de “invariância de gauge”. Esta invariância é o princípio que compele Weinberg a dizer: “Como, então, responder a questão: o que é a luz? A resposta na qual eu agora tenho a maior fé é: O fóton é o mais visível membro da família das partículas elementares exigidas por um grupo de gauge generalizado que media as interações eletromagnéticas, fracas e, talvez, as fortes (tão longe quanto posso ver, ninguém tem reclamado ser capaz de incluir gravitação neste esquema). Se estas idéias teóricas e as experiências que estão em andamento vingarem (isto é, forem bem sucedidas), nós começaremos a compreender de uma forma fundamental o que a luz é, e que o fóton (tanto como outras partículas que são menos familiares porque nós vivemos numa escala de tempo muito mais ampla do que elas) forma a manifestação de um princípio de simetria da natureza que descreve a interação da matéria. Esse princípio é tanto ou mais fundamental que qualquer coisa que nós conhecemos sobre o mundo”.

O ponto de vista que prevalece hoje é que os mediadores das forças fortes – os gluons – são também gerados como os weakons e fótons, por uma simetria de gauge. Se a troca de gluons for provada ser o mecanismo que liga os quarks aos hadrons nos próximos anos, então nós estaremos de volta ao ponto de vista clássico da Física, que fez distinção entre “matéria” e “forças”: quarks e leptons são matéria, enquanto fótons, weakons e gluons são as causas das forças. Aqui, também, as surpresas não são excluídas, mas o quadro que parece emergir é simétrico e de conseqüência permanente.

Aqui, uma última observação sobre os efeitos do conhecimento adquirido com aceleradores de partículas na compreensão do problema da origem do universo. O “status” no campo das interações fundamentais é tal que hoje é possível falar de uma maneira científica dos estágios primitivos do desenvolvimento do universo e construir modelos que possam ser comparados com dados astrofísicos. O assunto foge ao escopo do presente artigo, mas o amplo sucesso mundial do livro de Weinberg “Os primeiros três minutos” demonstra quão fascinante é abrir o pensamento. Aqui, eu gostaria de enfatizar que um completo entendimento do problema da origem tem sua única fonte num profundo conhecimento do comportamento da matéria ante a transferência de momento e energias iguais ou maiores que aquelas encontradas até agora.

 

 

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

 

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 3

Parte 3

Nosso vácuo (que é por definição o estado de energia zero, momento zero, carga zero, etc.) está em algo polarizado e nossa experiência corrompida: nós medimos a energia de repouso do fóton e encontramos zero, enquanto a energia do weakon é de 80 GeV. Todavia, se fôssemos fazendo experiências para energias muito maiores que 100 GeV, os weakons se comportariam quase como partículas de pequena massa e as forças fracas teriam a mesma intensidade das eletromagnéticas. Nesta faixa de energia, a simetria oculta se tornaria aparente, como foi o caso no primitivo e ainda quente universo, e como aconteceu no exemplo do ferromagneto, que para alta temperatura perde sua polarização cedendo ao movimento térmico dos dipolos. Como o exemplo acima mostra, a quebra de simetria tem existência conhecida de outros setores da Física. Todavia, a aplicação desses conceitos às interações fundamentais é muito recente e coloca alguns velhos problemas numa completamente nova perspectiva. (As diferentes constituições e naturezas dos corpos astronômicos poderia ser vista por este prisma? Seriam devidas à quebra de simetria?). A compreensão da relevância das simetrias quebradas é provavelmente o mais importante avanço na física teórica das partículas, após a descoberta da não conservação de paridade. Cedendo às possibilidades oferecidas pelo mecanismo da quebra de simetria, é agora possível construir teorias tão simétricas quanto necessário para satisfazer o princípio da invariância do Gauge e, ao mesmo tempo, explicar as grandes assimetrias observadas no mundo físico. Estas assimetrias dominam o mundo da baixa temperatura, com o qual lidamos, mas desaparece quando a temperatura é tão alta que a energia envolvida nas colisões entre partículas é muito maior que centenas de GeV.

Voltando à apresentação de Weinberg deste intrigante assunto: “Eu quero dizer uma palavra sobre o mais paradoxal aspecto das teorias de Gauge. Com justiça, você deve ter-se surpreendido acerca das bases para minha referência a uma simetria que impôs um relacionamento de família envolvendo o fóton e as partículas W e Z que produzem as ligações fracas. Além de tudo, elas não são de tudo semelhantes; o fóton não tem massa e as outras são muito mais pesadas que qualquer partícula conhecida. Como elas podem ser identificadas como membros de uma mesma família? A explicação para isto aparece numa disciplina inteiramente diferente (diferente?), a Física do Estado Sólido. É a idéia de quebra de simetria. Ainda que uma teoria postule um alto grau de simetria, não é necessário que os estados descritos pela teoria; isto é, o estado das partículas, exibam simetria. Isto soa paradoxal, mas deixem-me dar um exemplo. Uma taça redonda é simétrica em torno do eixo central. Se uma bola é colocada dentro da taça, ela rola em redor e vai para o repouso em torno do eixo de simetria, ou seja, o fundo da taça. Se ela fosse para o repouso em qualquer outro lugar, pareceria que a solução para o problema violou a simetria do problema. Mas, poderíamos ter uma outra taça na qual uma saliência simétrica tenha sido feita no fundo. Nesta taça, uma bola iria repousar em algum ponto no vale redondo formado no fundo da taça, o que quebra a simetria, pois a bola não está sobre o eixo de simetria. Por isso, problemas simétricos podem ter solução assimétrica. Este tipo de quebra de simetria é análogo àquele evidente nas teorias de Gauge. Uma expressão melhor seria “simetria oculta”, porque a simetria está realmente presente e pode-se usá-la para fazer predições, inclusive a existência de forças fracas. Neste particular exemplo, pode-se usar a simetria para predizer a forma com que a bola oscilará se for perturbada; nas teorias de Gauge unificadas das interações fracas e eletromagnéticas, prediz-se a existência de interações e muitas das suas propriedades. Nada na Física parece tão esperançoso para mim como a idéia de que é possível para uma teoria ter um muito alto grau de simetria que é oculto de nós num plano de vida comum.”

No modelo do cristalino, já introduzido aqui, a distorção local do campo representada pelo defeito e sua interação – campo gravitacional – é a saliência no fundo da taça do exemplo de Weinberg, isto é, o motivo de quebra da simetria superior, oculta na nossa escala física.

Weinberg continua: “Há também uma especulação muito interessante que, para uma certa temperatura, a forma da segunda taça voltará para a primeira; isto é, a presença da saliência depende das condições físicas externas de temperatura, densidade, etc. Isto sugere que no universo primitivo, quando a temperatura foi extremamente alta, as forças da natureza não devem ter sido meramente relacionadas por uma simetria oculta, mas antes, foram realmente todas semelhantes; as interações fracas, eletromagnéticas e fortes, devem todas terem sido de longo alcance, do tipo inverso do quadrado com a mesma intensidade.”

No nosso modelo, a fase mais primitiva do universo é o imponderável frio de um meio perfeitamente ordenado e de dimensões infinitas. Também, se para uma certa temperatura uma distorção local pode ser recozida, como no exemplo da taça, isto somente poderá ocorrer por imposição de condições físicas externas aos limites da distorção. Que campo é este? Parece ser o Cristalino.

Há ainda algumas questões incômodas, e que não querem calar: como unificar as interações a partir de uma base de conhecimento parcial e elementar sobre o Universo?

O estabelecimento de um conhecimento imparcial e profundo acerca das próprias interações está a exigir um mergulho no vazio essencial de todos os fenômenos. Por ser imponderável, está a exigir também o abandono de certos paradigmas da ciência, por exemplo, de que necessitamos de “naves – agentes interferentes” para penetrar o desconhecido, trazendo à luz as suas reações. Do ponto de vista da Física contemporânea, a questão é: como interagir com o nada?

A nossa visão-concepção de Universo estaria toda distorcida? Se aceitarmos o postulado de um Cristal Perfeito, a resposta é: Sim!

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 1.

Preparação da Unificação das Interações Fundamentais – Parte 2
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Amaldi, U. – Particle Accelerators and Scientific Culture – CERN-79-06, Experimental Physics Division, July, 12 1979 – Genova – Italy

Buraco Negro

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

 

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.

 

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.

 

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