Na escala nanométrica ou angstrons, poderia se observar a presença do campo de Higgs?

21 de novembro, 2015 às 14:30 | Postado em Estrutura da matéria, Física Nuclear, Física de Partículas, Interações fundamentais

Todos somos imersos no campo de Higgs, no qual nos dá a caracteristica de massa, suponhamos que a maior manifestação desse campo seria quando em escala nano ou angstrons, devido ao fato de as nanoparticulas serem muito leves e muito pequenas, e apresentarem menor resistência a força gravitacional e pouca deformação no espaço. Na escala nanométrica ou angstrons, poderia se observar a presença do campo de Higgs? Pois devido a observações, estes apresentam fenômenos características peculiares de seu comportamento, se não, o que poderia explicar estes fenômenos? Ou simplismente que o tamanho de um material tem grande efeito no comportamento dos átomos que o compõem? Por favor, poderia esclarecer minhas dúvidas? Obrigada.

A questão de escalas envolvidas quando nos referimos a Higgs não é trivial, uma vez que o entendimento daquele campo é dado no âmbito das teorias quânticas de campos (que associam a mecânica quântica e a teoria da relatividade especial). Uma pista é dada pela massa medida do bóson de Higgs no LHC. Como este é o bóson intermediador do campo de Higgs na sua interação com os léptons fundamentais (léptons carregados e quarks), podemos estimar o alcance da interação intermediada por ele através do principio de incerteza de Heisenberg (assumindo por simplicidade que o bóson intermediador não possui a carga do campo que ele intermedeia). O alcance, então, é dado por R = (hbar*c)/E_0, onde E_0 é a energia de repouso do bóson intermediador (E_0=m*c^2). Aqui, (hbar*c) = 0.1973 GeV*fm, onde hbar é a constante de Planck h dividida por 2pi, c é a velocidade da luz no vácuo e   1 fm = 10^(-15) m (1 fermi ou fentometro). Como a massa medida do Higgs é de 126 GeV/c^2, o alcance é da ordem de R = 10^(-3) fm, que é mil vezes menor que o raio do próton (cerca de 0.85 fm). De fato, a descoberta do Higgs envolve a sua criação através do espalhamento de quarks e glúons em altas energias (só obtidas em aceleradores como o LHC) e analisando o produto posterior de seu decaimento em partículas conhecidas (como o famoso canal de 2-fótons). Como ele é massivo (sua massa é equivalente àquela de um núcleo de ouro) e tem seção de choque (proporcional a probabilidade de ocorrência dum processo) de produção muitíssima pequena há a necessidade de ser produzido em um acelerador que forneça pelo menos a energia para geração de sua massa de repouso e uma luminosidade alta que permita medir um número de eventos razoável para ser estatisticamente significativo.

Quanto à menção sobre fenômenos peculiares em escala de nanometros ou angstrons, estes são os típicos da manifestação dos efeitos ondulatórios da matéria previstos pela mecânica quântica (não-relativística).  O comprimento de onda de de Broglie lambda_e (da onda de matéria) associada a elétrons, com massa de 9.11 x 10^(-31) kg e velocidades ordinárias da ordem de 5 x10^6 m/s, é dado em termos do seu momento linear por lambda_e = h/p. Escrevendo o momento não-relativistico como  p =m*v e usando a constante de Planck escrita em unidades SI, h = 6.626 x 10^(-34) J s, obtemos lambda_e da ordem de 10^(-10) m (1 ângstron).  Se compararmos este comprimento de onda com aquele da luz ultravioleta, que é da ordem de 4000 ângstrons,  o elétron neste exemplo numérico pode ser classificado como tendo um comprimento de onda na região de raio-X do espectro eletromagnético.  Isto é importante, pois poderiamos considerar um feixe de elétrons e fazer experimentos com eles obtendo resultados detectáveis do seu caráter ondulatório. De fato, em 1927 experimentos mostraram que elétrons comportam-se  como ondas, apresentando  os padrões de difração e interferência. O Prêmio Nobel de Física de 1937 foi dado aos pesquisadores Clint Davisson e George Thomson em razão destes trabalhos experimentais.

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