Bóson de Higgs: descoberta e definição

O bóson de Higgs é uma das partículas fundamentais que completa o Modelo Padrão, foi descoberto em 2012 no LHC.

Para saber o que é o Modelo Padrão e sobre as partículas mencionadas neste post, clique no botão abaixo.

Modelo padrãoClique aqui

Como foi descoberto?

Em 1964, três artigos científicos publicados independentemente, descreviam como as partículas elementares poderiam adquirir massa através da interação com um tipo de campo, que na época era chamado de campo de “Brout-Englert-Guralnik-Hagen-Higgs-Kibble”.

O bóson de Higgs tem um tempo de vida de apenas 1\cdot 10^{-22} segundos. Portanto, só é possível observar os traços deixados após o decaimento. Os experimentos ATLAS e CMS do LHC detectaram estes traços.

ATLAS e CMS

O ATLAS é um detector de partículas, cujo centro é onde ocorre colisões.

O CMS (Solenoide de Múons Compacto) funciona parecido com o ATLAS. A principal diferença é que o CMS possui uma bobina feita de um cabo supercondutor (superconducting solenoid), que pode gerar um campo magnético de 4 Tesla, aproximadamente 100.000 vezes mais intenso que o campo magnético da Terra. A função da bobina é curvar as trajetórias das partículas com carga elétrica.

Geração e decaimento do bóson de Higgs

1. Geração do bóson de Higgs (H) pela fusão de dois gluons (g).
2. Produção de H, pela fusão de bósons (W/Z).
3. Outra possível produção por fusão de bósons.
4. Geração por meio de quarks top ou bottom (t/b).
5. Emissão de H por meio de um quark top (t).
6. Decaimento do H em um par de bósons W ou Z.
7. H pode decair em um par de fótons (γ) ou em um fóton e um bóson (Z).
8. Decaimento em um par de quarks bottom ou charm.
9. H decaindo em um par de leptons (τ/μ).

Detectando o bóson de Higgs

Antes do LHC, os aceleradores LEP e Tevatron procuraram pelo bóson de Higgs. O LEP foi o acelerador de partículas do CERN, entre 1989 e 2000, fazia colisões entre elétrons e pósitrons, a antimatéria do elétron. Embora, não tenha encontrado o bóson de Higgs, determinou que a massa deste não pode ser menor que 114 GeV (giga elétron-volts).

O Tevatron foi um acelerador do Fermilab, que ficava em Batavia, Illions, EUA, foi o maior da sua época antes do LHC. Realizava colisões entre prótons e antiprótons até 30 de Setembro de 2011. O Tevatron descartou a possibilidade da massa do bóson de Higgs ser por volta de 160 GeV.

O LHC realiza colisões entre pares de prótons e possui mais energia e maior taxa de colisão que os aceleradores anteriores. Portanto, havia maior chance de encontrar eventos raros, como a produção e o decaimento do bóson de Higgs. O ATLAS e o CMS procuraram detectar decaimento de bósons de Higgs em pares de fótons ou bósons W ou Z e registraram trilhões de colisões em 2011 e 2012.

Os gráficos de colisões no CMS mostraram os mesmos resultados.

Função do bóson de Higgs

Comprova a existência do campo de Higgs e explica porquê as partículas têm massa, exceto o fóton e o gluon. O campo de Higgs está em todo o universo e as partículas que se movem neste campo recebem uma resistência ao movimento, que é a massa. Quanto maior a interação com o campo, maior a massa.