A origem da massa do elétron

13 de novembro, 2023 às 16:58 | Postado em Estrutura da matéria, Física Nuclear, Física de Partículas, Mecânica quântica, Relatividade

Olá, bom dia. Mais uma pergunta complicada: podemos dizer que o elétron realmente tem massa ou sua massa é apenas a expressão de sua energia eletromagnética?

Muito agradecido pela pergunta muito interessante.  

O modelo padrão das partículas elementares (MP) [1] descreve as partículas e as interações que conhecemos até o momento, excluindo efeitos gravitacionais. O MP utiliza teorias que consideram efeitos quânticos e relativísticos, ou seja, teorias quânticas de campos para descrever as interações eletromagnética + fraca (ou elétro-fraca) e forte.  A massa física (e de repouso) de qualquer partícula fundamental de matéria (férmion), incluindo o elétron, é introduzida no modelo como um parâmetro de input, ou seja, a partir de sua medida experimental [2]. O elétron no MP é descrito como uma partícula fundamental (isto é, uma partícula pontual sem estrutura interna). No MP, é usado o chamado mecanismo de Higgs para gerar as massas dos bosóns do setor eletro-fraco (Zˆ0, Wˆ+, Wˆ-), provenientes de graus de liberdades extraídos de um objeto matemático que inclui o campo escalar neutro de Higgs. As massas dos férmions são dadas pelo acoplamento (interação) com o campo de Higgs via termos chamados de acoplamentos de Yukawa [2]. Portanto, no MP, essa massa não vem da interação eletromagnética. De fato, isso não explica os valores que medimos das massas, sendo uma questão em aberto. O procedimento de incluir termos de Yukawa é uma forma de ter as massas desses férmions ao mesmo tempo que as equações de movimento (ou os objetos matemáticos que geram as equações, conhecidos como lagrangeanas) mantem invariância por transformações de Gauge (importantes na descrição das interações fundamentais) e também preservem a unitariedade da teoria [2].   

De fato, ainda teríamos que achar uma teoria mais fundamental que explicasse os valores das massas dos férmions fundamentais (incluindo o porquê de terem massas tão distintas entre eles, por exemplo, por que o elétron tem massa de 0,51099895000(15) MeV [3] e o lépton tau tem massa de 1776.86(12) MeV [3] ? Isso o MP não explica).

Referências

[1] Paul Langacker, The Standard Model and Beyond (Series in High Energy Physics, Cosmology and Gravitation), 1st Edition, CRC Press. 

[2] Sérgio F. Novaes, Standard Model: An Introduction, arXiv:hep-ph/0001283 (2000).

[3] R. L. Workman et al, Particle Data Group, Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022).