Nosso universo existe há 13,7 bilhões de anos, mas, de acordo com pesquisas recentes em física, ele pode estar em um estado perigosamente instável. A fonte desse perigo reside na instabilidade de uma partícula fundamental chamada bóson de Higgs. Este artigo explica como a partícula de Higgs pode potencialmente afetar o destino do universo e por que nosso universo ainda existe, com base nas descobertas mais recentes.
O que é a partícula de Higgs?
A partícula de Higgs, descoberta em 2012, é um tipo de partícula elementar que dá massa a todas as outras partículas. Para explicar isso com um exemplo cotidiano, a partícula de Higgs interage com outras partículas como pessoas andando na neve, desacelerando seu movimento e, assim, dando-lhes massa.
A existência da partícula de Higgs nos diz que existe um campo especial chamado “campo de Higgs” que permeia todo o universo. Você pode imaginar esse campo como uma piscina tranquila de água abrangendo todo o universo. Esta “piscina” tem as mesmas propriedades em todo o cosmos, o que explica por que podemos observar as mesmas leis da física em todo o universo.
A instabilidade do campo de Higgs
Acredita-se que o estado atual do campo de Higgs seja “metastável”. Metastabilidade refere-se a um estado que parece estável, mas que pode potencialmente se transformar em um estado mais estável. Um exemplo compreensível seria um copo colocado na beirada de uma mesa. O copo não cairá imediatamente, mas pode cair se for ligeiramente perturbado.
Da mesma forma, enquanto o campo de Higgs parece estável agora, ele poderia teoricamente se transformar em um estado de energia mais baixo. Se tal transição ocorresse, alteraria dramaticamente as leis da física como as conhecemos.
Essa mudança é chamada de “transição de fase”. Uma transição de fase é um fenômeno onde o estado da matéria muda abruptamente, como a água se transformando em gelo ou vapor. Se uma transição de fase ocorresse no campo de Higgs, ela criaria “bolhas” no espaço com leis físicas completamente diferentes.
Para imaginar essas “bolhas,” pense nas bolhas em água fervendo. No entanto, dentro das bolhas do campo de Higgs, as leis da física que conhecemos não se aplicariam mais. Por exemplo, a massa dos elétrons poderia mudar repentinamente e os átomos poderiam se tornar instáveis. Em outras palavras, se tal mudança ocorresse, nosso mundo poderia potencialmente desaparecer em um instante.
A duração de vida do universo
Medições recentes da massa das partículas no Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN sugerem que tal evento é teoricamente possível. No entanto, não há necessidade de se preocupar. Isso provavelmente ocorreria trilhões e trilhões de anos a partir de agora, uma escala de tempo milhares de bilhões de vezes maior do que a idade atual do universo.
É por isso que os físicos dizem que o universo é “metastável” em vez de “instável”. O fim do mundo não é iminente. É como estar no pico de uma alta montanha. Há uma possibilidade de cair no vale, mas isso exigiria uma quantidade enorme de energia e é improvável que aconteça em breve.
Para que o campo de Higgs forme bolhas, algum gatilho é necessário. De acordo com a mecânica quântica, a energia do campo de Higgs está constantemente flutuando, mas estatisticamente, a formação de bolhas é um evento extremamente raro. É como pequenas ondulações aparecendo ocasionalmente na superfície de um lago calmo.
No entanto, na presença de fontes externas de energia, como campos gravitacionais fortes ou plasma quente, o campo de Higgs poderia mais facilmente aproveitar essa energia para formar bolhas. Isso é como criar grandes ondulações jogando uma pedra em um lago.
Estabilidade no início do universo
Alguém poderia se perguntar se as condições extremas logo após o nascimento do universo não tornariam a formação de bolhas no campo de Higgs mais provável. No entanto, durante o período em que o universo estava extremamente quente, acredita-se que os efeitos térmicos alteraram as propriedades quânticas do campo de Higgs, estabilizando-o.
Isso é semelhante a como o metal quente se torna mais macio e mais resistente à deformação. Como resultado, esse calor não desencadeou o fim do universo, e é por isso que ainda existimos hoje.
A influência dos buracos negros primordiais
Pesquisas recentes mostraram que “buracos negros primordiais,” que podem ter existido no início do universo, poderiam potencialmente causar a formação de bolhas no campo de Higgs. Buracos negros primordiais são buracos negros especiais que se acredita terem se formado a partir do colapso de regiões extremamente densas do espaço-tempo logo após o nascimento do universo.
Na década de 1970, Stephen Hawking demonstrou que, devido a efeitos quânticos, os buracos negros se evaporam lentamente emitindo radiação. Isso é semelhante à forma como objetos quentes esfriam. Em particular, buracos negros primordiais leves com massas menores que algumas centenas de bilhões de gramas já deveriam ter evaporado.
Esses buracos negros primordiais poderiam se comportar como impurezas em bebidas gaseificadas, potencialmente ajudando na formação de bolhas no campo de Higgs. Assim como impurezas em bebidas gaseificadas servem como locais de nucleação para bolhas, buracos negros primordiais poderiam se tornar “sementes” para bolhas no campo de Higgs.
À medida que os buracos negros primordiais evaporam, eles aquecem localmente o universo, criando pontos quentes que são mais quentes que o universo ao redor. Isso é semelhante a como gotas de água evaporam vigorosamente quando caem em uma frigideira quente.
A equipe de pesquisa, usando uma combinação de cálculos analíticos e simulações numéricas, mostrou que a presença desses pontos quentes poderia potencialmente causar a formação constante de bolhas no campo de Higgs.
Formação do universo sem (acima) e com (abaixo) buracos negros primordiais. Esa, CC BY-NC-SA
Conclusão e perspectivas futuras
No entanto, ainda existimos. Isso sugere que a probabilidade de buracos negros primordiais leves terem existido é muito baixa. Na verdade, podemos precisar descartar muitos cenários cosmológicos que preveem sua existência.
No entanto, se evidências de buracos negros primordiais passados forem descobertas em radiações antigas ou ondas gravitacionais, seria um desenvolvimento ainda mais intrigante. Isso poderia sugerir que há algo que ainda não sabemos sobre o campo de Higgs, possivelmente indicando a existência de novas partículas ou forças. Seria como descobrir um continente desconhecido.
De qualquer forma, é claro que ainda temos muitas descobertas aguardando por nós sobre o universo em suas menores e maiores escalas. A pesquisa sobre a partícula de Higgs será uma chave crucial para entender o destino do universo. É como decifrar uma página no enorme livro do cosmos. Há grande expectativa para os desenvolvimentos futuros da pesquisa.
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