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União dos Campos e a solução dos problemas da Cosmologia - I

No final dos anos 50 e início dos anos 60 havia um problema entre os físicos: porque os objectos têm massa? A resposta veio de dois conjuntos de ideias, o campo de Brans-dick e o campo de Higgs.

Especialistas abordaram o problema segundo os termos de Mach. A massa de um objecto – uma medida da sua resistência às mudanças do seu movimento – deriva das interacções gravitacionais desse objecto com todas as outras matérias do Universo.

Para incorporar o princípio de Mach na teoria gravitacional, postularam a existência de um novo campo escalar que interage com todos os tipos de matéria. Na relatividade geral de Einstein a força da gravidade é fixada pela constante G de Newton. Brans e Dicke sugeriram que o princípio de Mach poderia ser atendido se a constante de Newton variasse ao longo do tempo e do espaço. Eles introduziram um campo chamado φ (“phi”), inversamente proporcional à constante de Newton, e trocaram G por 1/ φ.

Assim, a matéria corresponde à curvatura do tempo e do espaço, e às variações na força local da gravidade. O campo φ permeia todo o espaço, e o seu comportamento ajuda a determinar como a matéria de move pelo espaço e pelo tempo. A medição da massa de um objecto depende do valor local de φ.

A partir dos anos 50 o problema da massa surgiu de forma diferente. Os teóricos descobriram que podiam representar os efeitos das forças nucleares impondo classes especiais de simetrias nas equações que regem o comportamento de partículas subatómicas. Mas os termos violavam as simetrias especiais. Em particular afectou os bósões W e Z, as partículas que promovem a força nuclear fraca, responsável pelo decaimento radioactivo. Se fossem realmente sem massa, como as simetrias pareciam exigir, o alcance das forças nucleares devia ser infinito – o comportamento das forças nucleares decrescem rapidamente em distâncias maiores do que o tamanho dos núcleos atómicos.

Muitos físicos tentaram desenvolver uma teoria que representasse as propriedades simétricas e incorporando simultaneamente a massa das partículas. Em 1961, Jeffrey Goldstone, introduziu um campo escalar, coincidentemente chamado φ, cuja densidade de energia potencial, V(φ), apresenta dois pontos mais baixos: quando tem os valores de –v e +v. Como a energia do sistema é mais baixa nestes mínimos, o campo acabará por se estabelecer num deles. Como o campo deve no final estaelecer-se apenas num valor - -v ou +v -, a solução para as equações rompe espontaneamente com a simetria.


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10/02/2008

União dos Campos e a solução dos problemas da Cosmologia - I

No final dos anos 50 e início dos anos 60 havia um problema entre os físicos: porque os objectos têm massa? A resposta veio de dois conjuntos de ideias, o campo de Brans-dick e o campo de Higgs.

Especialistas abordaram o problema segundo os termos de Mach. A massa de um objecto – uma medida da sua resistência às mudanças do seu movimento – deriva das interacções gravitacionais desse objecto com todas as outras matérias do Universo.

Para incorporar o princípio de Mach na teoria gravitacional, postularam a existência de um novo campo escalar que interage com todos os tipos de matéria. Na relatividade geral de Einstein a força da gravidade é fixada pela constante G de Newton. Brans e Dicke sugeriram que o princípio de Mach poderia ser atendido se a constante de Newton variasse ao longo do tempo e do espaço. Eles introduziram um campo chamado φ (“phi”), inversamente proporcional à constante de Newton, e trocaram G por 1/ φ.

Assim, a matéria corresponde à curvatura do tempo e do espaço, e às variações na força local da gravidade. O campo φ permeia todo o espaço, e o seu comportamento ajuda a determinar como a matéria de move pelo espaço e pelo tempo. A medição da massa de um objecto depende do valor local de φ.

A partir dos anos 50 o problema da massa surgiu de forma diferente. Os teóricos descobriram que podiam representar os efeitos das forças nucleares impondo classes especiais de simetrias nas equações que regem o comportamento de partículas subatómicas. Mas os termos violavam as simetrias especiais. Em particular afectou os bósões W e Z, as partículas que promovem a força nuclear fraca, responsável pelo decaimento radioactivo. Se fossem realmente sem massa, como as simetrias pareciam exigir, o alcance das forças nucleares devia ser infinito – o comportamento das forças nucleares decrescem rapidamente em distâncias maiores do que o tamanho dos núcleos atómicos.

Muitos físicos tentaram desenvolver uma teoria que representasse as propriedades simétricas e incorporando simultaneamente a massa das partículas. Em 1961, Jeffrey Goldstone, introduziu um campo escalar, coincidentemente chamado φ, cuja densidade de energia potencial, V(φ), apresenta dois pontos mais baixos: quando tem os valores de –v e +v. Como a energia do sistema é mais baixa nestes mínimos, o campo acabará por se estabelecer num deles. Como o campo deve no final estaelecer-se apenas num valor - -v ou +v -, a solução para as equações rompe espontaneamente com a simetria.

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