A Fifth Force of Nature – Vamos Tentar Explicar

You may have seen some headlines this week about the discovery of a fifth fundamental force of nature. Talvez você até tenha lido um pouco sobre isso, mas depois provavelmente desistiu de ler, porque… física das partículas, quanta, bosons, portadores de força…

Afaste-se dos artigos: Estamos aqui para ajudar.

Se se lembrar de alguma física que aprendeu na escola, é possível que se lembre que existem quatro forças fundamentais da natureza.

Não são em ordem particular a gravidade, o electromagnetismo, a força nuclear fraca e a força nuclear forte.

Quinto? Devo conhecer as outras quatro?

Gravidade é bastante fácil de entender: quaisquer duas coisas que tenham massa (átomos, pessoas, planetas, estrelas) são atraídas uma para a outra. Quanto maior a massa, mais forte é a atracção. Fácil de compreender.

Electromagnetismo? Bem, isso é simples, é a electricidade e o magnetismo amassados. Sim, mas isso não explica realmente como funciona. A força eletromagnética explica como as coisas que estão carregadas eletricamente (positiva ou negativamente) interagem umas com as outras. Um dos grandes takeaways, uma carga magnética pode criar uma carga elétrica, e vice-versa. Essas interações são responsáveis pela geração de energia elétrica, o que é uma espécie de grande coisa. O eletromagnetismo e como ele empurra e puxa objetos é responsável pela energia em coisas como baterias e ímãs, mas também inclui a luz, que é apenas ondas de radiação eletromagnética.

Os outros dois são as forças nucleares fracas e fortes e, embora ambos sejam mais fortes que a gravidade, actuam apenas nos espaços minúsculos entre os átomos, e nos espaços ainda mais pequenos onde a física quântica começa a tornar tudo realmente estranho.

A força nuclear forte é, de facto, a mais forte das quatro forças conhecidas e basicamente a cola que une tudo. Ela é responsável por manter os prótons e nêutrons (que junto com os elétrons compõem os átomos) estáveis e depois permite que estes se liguem em núcleos atômicos. A força fraca, por outro lado, é responsável pelo decaimento radioativo, o oposto da força forte, é o que controla como as coisas a nível nuclear se desmoronam. A propósito, é responsável pela fusão e mantém nosso sol brilhante e quente.

É isso que as quatro forças são, sem entrar muito nas ervas daninhas sobre como essas coisas funcionam.

Então, e uma quinta força?

Mas precisamos de entrar um pouco nas ervas daninhas, porque precisamos de saber o que faz com que a gravidade ou qualquer outra força faça realmente a sua coisa.

Faz com que um corpo com massa, apenas comece a mover-se magicamente em direcção a outra coisa maciça? Não, é tornado possível por coisas chamadas partículas portadoras de força. As partículas portadoras de força são as partículas que carregam informações entre as coisas e lhes dizem como se comportar. Pense em portadores de força como pequenas constituições de bolso para cada uma das quatro forças fundamentais. Elas não só estabelecem todas as regras de como se comportar mas também forçam as forças (ha) a agir por essas regras.

Os portadores de força para a gravidade são coisas hipotéticas chamadas gravitões, para o eletromagnetismo eles são os fótons. Para a força nuclear fraca os portadores são chamados de partículas W e Z, e para a força nuclear forte, os gluões. Estes portadores de força são todos classificados como exemplos de bósons.

Mas no ano passado, um grupo de físicos da Academia Húngara de Ciências viu o que a Universidade da Califórnia em Irvine (UCI) departamento de física chamou de “anomalias enigmáticas em seus dados experimentais”. Os húngaros não tinham a certeza do que eram as anomalias mas apontavam para a existência de um novo tipo de partícula de luz. Isso foi o mais longe que chegaram. Eles não conseguiram descobrir se esta nova partícula tinha massa, ou se era um novo tipo de bóson sem massa, como um fóton.

Felizmente, parafraseando Abraham Lincoln, o mundo “pouco notado e pouco lembrado” do trabalho dos cientistas húngaros.

Exceto por uma equipe de físicos liderada por Jonathan Feng, professor de física e astronomia da UCI. Junto com sua equipe, Feng deu uma olhada no trabalho dos húngaros, reuniu uma série de outras experiências semelhantes e decidiu que os húngaros podem, de fato, ter encontrado um novo tipo de bóson portador de força.

“Às vezes”, diz Feng, “nós também o chamamos de bóson X, onde X significa desconhecido”. Se eles estiverem certos, uma nova partícula portadora de força significa que deve haver uma nova força, uma quinta força fundamental.

O trabalho das equipes acabou de ser publicado na revista Physical Review Letters. “Se for verdade, é revolucionário”, disse Feng. “Durante décadas, conhecemos quatro forças fundamentais… esta descoberta de uma possível quinta força mudaria completamente a nossa compreensão do universo, com consequências para a unificação de forças e matéria negra.”

E não, nem sequer vamos entrar em matéria negra nesta altura.

Então onde é que esta força se tem escondido? Feng diz que tem sido simplesmente ignorada no passado. “Suas interações são muito fracas”, diz Feng.

Mas ele acrescenta: “Há muitos grupos experimentais trabalhando em pequenos laboratórios ao redor do mundo que podem acompanhar as reivindicações iniciais, agora que eles sabem onde procurar”.

Então o que ela faz, e o que ela significa?

Esta nova força é muito semelhante ao eletromagnetismo, mas, de acordo com Tim Tait, co-autor do “enquanto a força elétrica normal atua sobre elétrons e prótons, este recém-descoberto bóson interage apenas com elétrons e nêutrons – e em um alcance extremamente limitado”.”

Mas é necessária mais pesquisa para determinar exatamente o que isso significa quando se trata de como o mundo físico funciona.

Então, se essa nova força for confirmada, o que ela faria para o nosso entendimento do mundo? Nem mesmo Feng sabe ainda. Mas não há falta de especulação. Poderia desempenhar um papel em ajudar os cientistas a encontrar o Santo Graal da Física, a Grande Teoria Unificada. Esta quinta força poderia ajudar a unificar os efeitos das forças eletromagnéticas, fracas e fortes nucleares, “manifestações”, diz Feng, “de uma força maior, mais fundamental”.”

Há muito tempo que é o sonho dos físicos descobrir se ou como o electromagnetismo, e as forças nucleares fortes e fracas trabalham em conjunto, e esta nova força pode ser uma grande peça daquele puzzle.

Se conseguirmos provar a existência desta quinta força, pode levar-nos mais perto de fazer sentido real de como o nosso universo funciona.

Encontramo-la?