O Grande Colisor de Hadrons, LHC, destinado a provocar colisons de pacotes de partículas elementares da matéria viajando a velocidades próximas da luz, é um prodígio económico, técnico e cooperativo. O LHC foi concebido para poder observar o comportamento das partículas elementares da matéria em condiçons próximas do Big-Bang de onde todo procede. O cenário de observaçom é a crepitaçom quase instantánea [protom ↔ protom] dos vertiginosos pacotes enfrentados de onde emerge um feixe de estranhas partículas1 que a teoria é capaz de reconhecer e classificar. Algumhas tam fugazes que só a extrema velocidade que as animam permitem visualizar. Caustrar 2 nos mistérios da matéria é o labor destes novos alquimistas, galeg@s muit@s del@s3, para honra do país. Esperemos que este saiba recompensá-los como merecem integrando-os no sistema universitário. Por enquanto acabamos de saber que já saiu dele a primeira promoçom de matemáticos-físicos, bom sinal.
* Nos domínios de Prometeu As exigências que comporta o desmesurado empenho reflectem-se nas dimensons da máquina: um túnel circular subterráneo de 27 km longitude enterrado a 100 metros de profundidade e esfriado a -271, 3 ºC (inferior à do espaço intergaláctico) onde o meteórico plasma circulante pode alcançar temperaturas 100.000 vezes superiores às do centro do sol, numha atmosfera mais ténue que a lunar nos pontos de colisom. O equipamento é igualmente desmesurado; nomeadamente, os hercúleos electroímanes encarregados de acelerar as partículas ao borde mesmo da suprema velocidade da luz, nada menos que 99,999999% desse limite absoluto. Os fios dos novelos que envolvem as bobinas dos electroímanes som 10 vezes mais finos que um cabelo humano e a sua longitude multiplicam por 6 a distáncia de ida e volta da Terra ao Sol. Em cada instante circulam pólo descomunal artefacto 300 bilhons de protons em sentido contrário em incessantes pacotes enfrentados. A sua energia cinética equivale à de um trem de 400 toneladas circulando a 150 km/hora. Toda a força titânica de Prometeu para tentar roubar o ominoso lume dos deuses.
* As três pequenas famílias do Modelo Standard. O propósito do imponente laboratório LHC é o de gerar, identificar e classificar os elementos constitutivos da matéria para reduzi-los a ordem e concerto, a imitaçom da excelsa Tabela Periódica de Mendeleev e o seu centenar de átomos capazes de descrever a totalidade das moléculas existentes. O titánico empenho produziu já o seu primeiro fruto maduro: o denominado Modelo Standard que descreve as doze partículas elementares agrupadas em três famílias semelhantes. A primeira é-nos bem conhecida, está formada polo electrom, o protom e o neutrom, reformulados agora como leptom (nova categoria que inclui o electrom) mais dous hadrons (nova categoria que inclui o protom e o neutrom) compostos cada um deles por umha tríade de quarks, no caso desta primeira família as tríades [u-u-d] para o protom e [d-d-u] para o neutrom. Completa esta primeira família o evanescente neutrino, v, já conhecido desde 1930 quando Wolfgang Pauli postulou o processo: [ neutrom0 → protom+1 + electrom-1 + neutrino0 ].
Á parte desta primeira família do Modelo Standard, [ve, e, u, d], duas famílias semelhantes completam o Modelo: [vµ, c, s] e [vτ, τ, t, b]. A diferença entre elas três estriba na massa e vida meia das respectivas partículas constituintes. Assi, a massa dos respectivos leptons vai desde da quase insignificante da do electrom á do leptom µ, 200 vezes superior, e à do leptom τ , 3.500 vezes superior. O electrom dura literalmente umha eternidade: 6,6*1028 anos, muito superior à vida do universo! o muom µ apenas supera as 2 milionésimas de segundo e a vida do tauon τ é insignificante: apenas 3*10-13 segundos.
Quando falamos de massa, falamos simultaneamente de energia como Einstein estabeleceu. Medimos habitualmente a energia em GeV (giga-electrom-vóltios)4. Pois bem, a energia característica dos enclausurados quarks que formam os correspondentes hadrons das três famílias do Modelo Standard cresce igualmente desde os 0,002 GeV do quark c aos 1,25 do quark t e aos 173 GeV do quark t: 8.650 vezes superior à do quark u. Três exóticas famílias de obesidade e energia crescente.
As doze partículas elementares do enigmático zoo de Prometeu revelam-se-nos nas colisons frontais dos hadrons circulantes na prodigiosa máquina LHC: protons, neutrons, ou de núcleos de chumbo, que afinal nada mais som que um castelo de protons e neutrons.
* A matéria é um vertiginoso arcano. As leis que regem a vida do Modelo Standard som o objectivo da Física Quántica, nascida para explicar este mundo abismal e fugaz fundamento do todo. As regras que nela regem — milhons de vezes confirmadas — desafiam a nossa lógica de verdades claras e distintas herdadas do racionalismo em que baseamos as certezas.
A par destas partículas estám as forças e interacçons que as relacionam, algumha tam misteriosa como a designada como forte que impede cindir os hadrons nos seus quarks constituintes; umha força estranhamente laxa quando os quarks da tríade ficam próximos e progressivamente insuperável a medida que intentamos separá-los. De facto, foi impossível até o momento. Como todas as forças enumeradas, a electroforte está mediada (toda força requer a sua partícula médium!) polo gluom como partícula mediadora.
Há outras três forças ainda, inesperadamente familiares em certa maneira: a electromagnética, mediada polo fotom, o corpo subtil da luz; a electrodébil que mantém unidos os átomos, com os bosons W e Z como partículas mediadoras, e, finalmente, para a nossa surpresa, a força da gravidade com o misterioso gravitom como partícula mediadora. Como entusiasta decidido da teoria geométrica einsteiniana da torçom do espaço como fundamento da força gravitacional reclamo-me em rebeldia contra a invasom do fantasmal gravitom. Para mim, com a deformaçom espaço-temporal e a lei da inércia, a gravidade vai bem servida.
A revelaçom do gravitom abre à especulaçom a natureza quántica da gravidade, umha tese tam desconcertante como a de que, das quatro partículas mediadoras das forças fundamentais, só os bosons (W, Z) tenhem massa, e para maior surpresa, muito generosa, nada menos que a equivalente a 100 protons! Por cima desta exibiçom de consistência massiva só ficam duas partículas: o quark t, oculto na terceira família do Modelo Standard, e o misterioso bosom de Higgs, demiurgo da matéria finalmente revelado aos atónitos alquimistas do CERN. O gluom, o fotom e o gravitom carecem de massa apesar das poderosas forças que comandam.
* Na procura do mistério oculto na essência da matéria. Contemplamos a ordenada galeria de partículas do Modelo Standard e as quatro forças singulares que as animam, mas, fica ainda umha questom fucral a responder: e afinal, de que está feita a matéria?
Aviso que pisamos terreno escorregadio, julguem se nom: “Se observássemos a matéria com um microscópio potentíssimo, veríamos que está praticamente vazia por dentro, e portanto, um sólido deveria poder ser penetrado sem dificuldade; a impenetrabilidade constatada procede da interacçom entre as capas de electrons ao contactarem. Espaço quase vazio, matéria quase vazia, mas, solidez impenetrável. Penetremos mais um passo neste universo onírico de inflexível exactidom que se nos revela no inferno dantesco do LHC da mao de um Virgílio esperto de nome Alberto Casas5. Perguntamos-lhe como se revela a matéria.
CERN, 14 de março de 2013: A teoria electrodébil prediz unha partícula neutra com massa próxima á dos bosons W, Z. Quatro de julho de 2012 a equipa do CMS (Compact Muon Solenoid) do CERN anuncia o achado de um bosom de massa de 125,3 GeV/c2 identificado como o elusivo bosom de Higgs, explicativo do campo de Higgs e do mecanismo de Higgs onde a matéria se revela “como um fluido viscoso desvenda o movimento de umha bola em movimento”; ou como “o lugar onde o vácuo se retira do seu sítio”. Como nos antigos oráculos, a matéria parece manifestar-se como metáfora e enigma.
Apesar do ingente avanço, a compreensom da matéria é incipiente. Além do Modelo Standard6, que opera a níveis de energia inferior aos 200 GeV, anuncia-se a nova física, operativa a partir de 1.000 GeV: o tera-electrom-vóltio, TeV, que nos permitiria indagar na matéria obscura e a energia obscura que a teoria postula para tentar compreender o exíguo 5% da matéria revelada à nossa observaçom. Mais alá fica ainda a insondável fronteira da energia de Planck (1,22*1019 GeV), na distáncia de Planck (1,61*10-35 metros) onde universo quántico poderia talvez revelar-se-nos como simples evidência.
Há já projectos para construir um super LHC de 100 quilómetros de circunferência capaz de provocar colisons de até 100 TeV; Genebra, ou talvez a China, poderiam ser a sua sede.
Na inextinguível paixom de Prometeu por furtar o lume divino que explica a íntima harmonia do microcosmos e o macrocosmos ecoa a divina proporçom do ser humano que nos legou Leonardo no seu apolíneo homem de Vitrúvio. Simetria chamam-lhe os físicos.
Notas
1 https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Tabla_de_part%C3%ADculas
2 Caustrar: Fisgar, rebuscar (Estraviz) é termo habitual na nossa língua familiar. O dicionário da RAG nom regista o termo.
3 https://www.gciencia.com/cern/galegos-cern/
4 [GeV] é a energia potencial de um electrom submetido a umha voltagem de 1.000 vóltios; dada a equivalência entre massa e energia, a sua massa é 1 [GeV/c2] que coincide aproximadamente com a do protom e o neutrom.
5 Alberto Casas: El LHC y la frontera de la física. El camino a la teoría del todo, CSIC, 2019, Los Libros de la Catarata, Madrid
6 https://en.wikipedia.org/wiki/Elementary_particle#/media/File:Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg
