Em 2012, uma partícula subatómica desconhecida até então fazia as primeiras páginas dos jornais. Porquê tanto alarido? O mecanismo que origina o bosão de Higgs foi proposto pelos físicos Peter Higgs, François Englert e Robert Brout, entre outros, para ultrapassar uma importante limitação do Modelo Padrão. Sem este bosão, nenhuma das partículas elementares poderia ter massa e o mundo não podia ser como é. Num mundo de partículas sem massa não poderia haver átomos, por exemplo. 

O bosão de Higgs foi uma das principais razões por que construímos o LHC. Em 2012, quase meio século depois de ter sido pensado, o bosão de Higgs foi finalmente descoberto e o Modelo Padrão foi mais uma vez verificado. Em 2013, Higgs e Englert ganharam o prémio Nobel pelo trabalho que explica a massa das partículas elementares e que tem por consequência a existência deste bosão.

O mecanismo de Higgs

De acordo com o Modelo Padrão, as forças fraca e eletromagnética começaram por ser uma só – a força eletrofraca – transportada por bosões sem massa e com um alcance infinito. Mas hoje em dia só verificamos isto para a força eletromagnética. Pouco depois do Big Bang, ocorreu uma quebra espontânea de simetria do vácuo que criou o bosão de Higgs. Esta quebra de simetria dá massa aos bosões W e Z, portadores da força fraca, o que explica o curto alcance dessa força. Todas as outras partículas elementares ganham massa se interagirem com o campo de Higgs, que preenche todo o vácuo.

Onde está o Higgs?

Nas colisões de protões no LHC formam-se ocasionalmente bosões de Higgs que imediatamente se desintegram noutras partículas. Em alguns casos muitos raros, o decaimento do bosão de Higgs origina um par de fotões que é identificado pelos detetores ATLAS e CMS. Os investigadores têm de fazer muitas colisões até que os resultados sejam estatisticamente significativos e se distingam de outras formas de produzir pares de fotões. Em 2012, fizeram-se 8 000 biliões de colisões no LHC, que produziram 800 000 bosões de Higgs, dos quais apenas 4 000 puderam ser usados na descoberta.

O LIP teve um papel importante na construção de componentes cruciais das experiências ATLAS e CMS, e participou diretamente nas análises de dados que levaram à descoberta do bosão de Higgs. Atualmente, investigadores do LIP estudam diferentes processos de decaimento do bosão de Higgs para compreender em detalhe as suas propriedades.

Uma nova física?

E agora que descobrimos o Higgs, está tudo feito? Não, pelo contrário. O bosão de Higgs é tão fundamental, que tem implicações profundas na própria estabilidade do Universo! Por isso, os cientistas querem conhecer com detalhe as propriedades do Higgs.

O LHC pode ainda abrir (ou fechar) portas a novas teorias. A Supersimetria, por exemplo, é uma teoria mais abrangente do que o Modelo Padrão, que poderia resolver o problema da matéria escura, mas que ainda não teve verificação experimental. Esta teoria prevê pelo menos 5 bosões de Higgs mas até agora observámos apenas um, como previa o Modelo Padrão. Se descobrirmos outros bosões de Higgs (ou outras novas partículas!), abrem-se as portas a uma nova física.

Os grupos de investigação do LIP e o Higgs 
ATLAS, CMS, LHC Phenomenology

Para saber mais
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