O Modelo Padrão é uma equação abrangente que previu corretamente os resultados de praticamente todos os experimentos já conduzidos, como o Quanta explora em um novo vídeo.
Recentemente, a Quanta explorou a colaboração entre a física e a matemática em uma das idéias mais importantes da ciência: a teoria quântica de campos. Os objetos básicos de uma teoria quântica de campos são os campos quânticos, que se espalham pelo universo e, por meio de suas flutuações, dão origem aos fenômenos mais fundamentais do mundo físico. Enfatizamos os negócios inacabados tanto na física quanto na matemática – as maneiras pelas quais os físicos ainda não entendem completamente uma teoria que manejam tão eficazmente e as grandes recompensas que aguardam os matemáticos se eles puderem fornecer uma descrição completa de qual teoria quântica de campos realmente é.
Essa incompletude, entretanto, não significa que o trabalho tenha sido insatisfatório até agora.
Para nossa entrada final nesta série “Math Meets QFT”, estamos explorando a teoria quântica de campo mais proeminente de todas: o Modelo Padrão. Como o físico de Cambridge David Tong coloca no vídeo que acompanha, é “a teoria científica de maior sucesso de todos os tempos”, apesar de estar sobrecarregada com um “nome lixo”.
O modelo padrão descreve a física nas três dimensões espaciais e uma dimensão de tempo do nosso universo. Ele captura a interação entre uma dúzia de campos quânticos que representam partículas fundamentais e um punhado de campos adicionais que representam forças. O Modelo Padrão une todos eles em uma única equação que os cientistas confirmaram inúmeras vezes, muitas vezes com uma precisão surpreendente. No vídeo, o professor Tong nos mostra essa equação termo por termo, apresentando-nos todas as peças da teoria e como elas se encaixam. O modelo padrão é complicado, mas é mais fácil de trabalhar do que muitas outras teorias quânticas de campo. Isso ocorre porque às vezes os campos do Modelo Padrão interagem entre si de forma bastante fraca, como o escritor Charlie Wood descreveu no segundo artigo de nossa série.
O modelo padrão foi uma bênção para a física, mas também teve um efeito um pouco de ressaca. Tem sido extraordinariamente eficaz para explicar experimentos que podemos fazer aqui na Terra, mas não pode ser responsável por várias características principais do universo mais amplo, incluindo a ação da gravidade a curtas distâncias e a presença de matéria escura e energia escura. Os físicos gostariam de ir além do Modelo Padrão para uma teoria física ainda mais abrangente. Mas, como o físico Davide Gaiotto colocou na primeira peça de nossa série, o brilho do Modelo Padrão é tão forte que é difícil ver além dele.
E talvez seja aí que entra a matemática. Os matemáticos terão que desenvolver uma nova perspectiva sobre a teoria quântica de campos se quiserem entendê-la de uma forma autoconsistente e rigorosa. Há motivos para esperar que esta nova vantagem resolva muitas das maiores questões em aberto na física.
O processo de trazer QFT para a matemática pode levar algum tempo – talvez até séculos, como o físico Nathan Seiberg especulou na terceira peça de nossa série – mas também já está bem encaminhado. Até agora, a matemática e a teoria quântica de campos se encontraram indiscutivelmente. Resta ver o que acontece quando eles realmente se conhecem.
Publicado em 18/07/2021 17h06
Artigo original: