Desmistificar o Bosão de Higgs

É frequente ouvir dizer que o bosão de Higgs é o responsável pelo facto das partículas terem massa. Cada tipo de partícula interage com uma intensidade diferente com o bosão. As que não interagem viajam à velocidade da luz e têm massa 0. As que interagem pouco têm massas pequenas e vice-versa para as partículas mais maciças. No entanto, o bosão é apenas responsável pela massa das partículas elementares como os leptões e os quarks. Poderia pensar-se então que a massa de uma partícula não elementar, por exemplo um protão ou um neutrão, é simplesmente a soma das suas partículas constituintes. No entanto, medições experimentais mostram claramente que, por exemplo, os dois quarks “up” e o quark “down” que formam um protão contribuem apenas com uma massa total de 11 MeV/c² para a massa total observada do protão de 938 MeV/c². Dito de outra forma, os quarks que formam um protão contribuem com menos de 2% para a sua massa ! De onde vêm então os restantes 98% ?

A energia total do protão é a soma das energias associadas à massa dos quarks que o compõem (os 11 MeV/c²), da energia cinética total dos quarks e da energia potêncial devida à força que os une. E massa é equivalente a energia pela famosa equação de Einstein. Ora, os quarks movimentam-se no interior do protão a velocidades relativísticas pelo que a sua energia cinética total é muito elevada. Por outro lado, a força nuclear forte que une os quarks e que é transmitida por bosões de massa zero denominados de gluões é fortíssima, pelo que a energia potêncial dos quarks é também muito elevada e positiva. De facto, a força nuclear forte tem propriedades estranhas pois parece ser muito fraca quando os quarks estão muito próximos e cresce rapidamente de intensidade à medida que estes se afastam. Podem imaginar este efeito da força como um elástico a unir os quarks. Quando estão muito próximos o elástico tem muita folga e praticamente não exerce força; quando os afastamos o elástico estica e não permite que os dois se afastem para além de uma distância limite. A intensidade da força forte no interior do protão é tão elevada que os gluões trocados entre os quarks “up” e “down” estão constantemente a estimular o vácuo e a criar pares quark-antiquark virtuais de vários tipos que contribuem para a energia do protão. A imagem seguinte mostra um diagrama do interior de um protão com os quarks “up” e “down” que o compõem e os gluões, representados por correntes, que momentaneamente se transformam em pares quark-antiquark.

(Crédito: webspace.utexas.edu/cokerwr/www/Talk/pmass.html)

Em resumo, a maior parte da massa do protão provém da energia cinética dos quarks e da energia de ligação da força nuclear forte. O mesmo se aplica ao neutrão que é composto por dois quarks “down” e um “up”. Como os núcleos atómicos são de longe a componente mais maciça dos átomos, podemos dizer que a maioria da massa dos corpos macroscópicos (como nós!) é proveniente não das massa das partículas elementares que os constituem mas antes da energia cinética dos quarks e da energia de ligação proporcionada pela força nuclear forte.