O cosmos é considerado metaestável, o que significa que há uma chance de desmoronar – ou já desmoronou.
A estabilidade final do vácuo do nosso universo pode estar nas massas de duas partículas fundamentais, o bóson de Higgs – que habita todo o espaço e tempo – e o quark top. As últimas medições dessas massas revelam que nosso universo é metaestável, o que significa que pode persistir em seu estado atual essencialmente para sempre… ou não.
Expectativas de vácuo
Nosso universo nem sempre foi o mesmo. Nos primeiros momentos do Big Bang, quando nosso cosmos era uma mera fração de seu tamanho atual, as energias e temperaturas eram tão altas que até mesmo as regras fundamentais da física eram completamente diferentes. Mais notavelmente, os físicos acreditam que, ao mesmo tempo, todas as quatro forças da natureza (gravidade, eletromagnetismo, nuclear forte e nuclear fraca) foram fundidas em uma única força unificada.
A natureza dessa força unificada permanece um mistério, mas à medida que o universo se expandiu e esfriou desde o estado inicial, as forças se separaram. Primeiro veio a gravidade, depois a nuclear forte e, por último, o eletromagnetismo e a força nuclear fraca se separaram. Essa última etapa podemos recriar no laboratório. Em nossos colisores de partículas mais poderosos, podemos obter as energias necessárias para – temporariamente, pelo menos – recombinar essas forças em uma única força “eletrofraca”.
Cada vez que as forças se dividiam, o cosmos passava por uma transição de fase radical, povoado por novas partículas e forças. Por exemplo, a força eletrofraca unificada é transportada por um quarteto de partículas sem massa, mas a força eletromagnética é transportada por uma única partícula sem massa, o fóton, enquanto três partículas massivas carregam o nuclear fraco. Se essas duas forças não tivessem se separado, a vida como a conhecemos, que depende de interações eletromagnéticas para unir átomos em moléculas, simplesmente não existiria.
O universo não passou por tal reorganização de forças fundamentais em mais de 13 bilhões de anos, mas isso não significa que não seja capaz de repetir os mesmos truques.
O bóson de Higgs decisivo
A estabilidade atual do vácuo depende de quão final foi a divisão da força eletrofraca. Essa divisão trouxe o universo ao seu estado fundamental final de energia mais baixa? Ou é apenas uma parada no caminho de sua evolução posterior?
A resposta se resume às massas de duas partículas fundamentais. Um deles é o bóson de Higgs, que desempenha um papel importante na física: sua existência desencadeou a separação das forças eletromagnética e nuclear fraca há bilhões de anos.
A princípio, quando nosso universo era quente e denso, o Higgs permaneceu em segundo plano, permitindo que a força eletrofraca governasse sem impedimentos. Mas uma vez que o universo esfriou além de um certo ponto, o Higgs tornou sua presença conhecida e interferiu com essa força, criando uma separação que foi mantida desde então. A massa do bóson de Higgs determinou quando essa divisão aconteceu e regula o quão “forte” essa separação é hoje.
Mas o Higgs desempenha outro papel importante na física: ao interagir com muitas outras partículas, ele dá massa a essas partículas. A força com que uma partícula se conecta ao Higgs governa a massa dessa partícula. Por exemplo, o elétron quase não fala com o Higgs, então ele ganha uma massa leve de 511 MeV. No outro extremo do espectro, o quark top interage mais com o Higgs, tornando-o o objeto mais pesado no Modelo Padrão da física de partículas, pesando 175 GeV.
Na física de partículas, as partículas estão constantemente interagindo e interferindo com todos os outros tipos de partículas, mas a força dessas interações depende das massas das partículas. Então, quando tentamos avaliar qualquer coisa que envolva o bóson de Higgs – como, digamos, sua capacidade de manter a separação entre as forças eletromagnética e nuclear fraca – precisamos também prestar atenção em como as outras partículas vão interferir nesse esforço. E como o quark top é facilmente o maior do grupo (o segundo maior, o quark bottom, pesa apenas 5 GeV), é essencialmente a única outra partícula com a qual precisamos nos preocupar.
Estabilidade do universo
Quando os físicos calcularam pela primeira vez a estabilidade do universo, conforme determinado pela capacidade do bóson de Higgs de manter a separação da força eletrofraca, eles não sabiam a massa nem do próprio Higgs nem do quark top. Agora fazemos: o quark top pesa cerca de 175 GeV e o Higgs cerca de 125 GeV.
Inserir esses dois números nas equações de estabilidade revela que o universo é… metaestável. Isso é diferente de estável, o que significaria que não há chance de o universo se dividir instantaneamente, mas também diferente de instável, o que significaria que já aconteceu.
Em vez disso, o universo está equilibrado em uma posição bastante precária: ele pode permanecer em seu estado atual indefinidamente, mas se algo perturbasse o espaço-tempo da maneira errada, ele se transformaria em um novo estado fundamental.
Como seria esse novo estado? É impossível dizer, pois o novo universo apresentaria uma nova física, com novas partículas e novas forças da natureza. Mas é seguro dizer que a vida seria diferente, se não completamente impossível.
O que é pior, pode já ter acontecido. Algum canto do cosmos pode já ter começado a transição, com a bolha de uma nova realidade se expandindo na velocidade da luz. Não saberíamos que nos atingiu até que já tivesse chegado…
Publicado em 06/01/2023 18h05
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