Por que nosso universo é perfeitamente ajustado? Eis uma possível explicação

[Romildo de Paula Leite]

Um novo estudo, publicado na revista científica Physical Review D, fornece uma nova maneira de relacionar a massa do bóson de Higgs e a constante cosmológica. O artigo busca explicar por que essas medidas parecem estar ajustadas entre si, como se houvesse alguma lei da natureza que os cientistas ainda não encontraram.

O problema do ajuste fino

O eclipse solar é um exemplo de ajuste fino, cuja casualidade pode ser questionada (Imagem: Reprodução/ ipicgr/Pixabay)

Na física, os cientistas às vezes se deparam com números e medidas de elementos que parecem aleatórios ou casuais, mas sem os quais o universo não seria o mesmo. Em alguns casos, o cosmos poderia ser até mesmo infrutífero, sem nenhuma possibilidade de gerar estrelas, galáxias e vida.

Por exemplo, em um modelo astronômico de computador, os parâmetros (massa, idade, distâncias, carga, magnetismo, etc) devem ser ajustados com muita precisão para que a simulação corresponda às observações. Mexa um pouco na massa de algum objeto, no brilho de uma estrela ou na distância das galáxias, e tudo pode ficar muito diferente do universo real.

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Isso levou à descoberta de que as constantes cosmológicas e as quantidades costumam ter uma relação tão exata, um ajuste tão extraordinariamente preciso que, do contrário, a origem e a evolução do cosmos não seria permitida. Isso ficou ainda mais notável quando os cientistas descobriram o Bóson de Higgs — eles observaram que sua massa era muito pequena (125 GeV).

O fato da massa do Bóson de Higgs ser tão baixa é “suspeito”, porque ela é a soma de duas coisas: a massa de Higgs (que não conhecemos) e as “contribuições” de todas as outras partículas do Modelo Padrão. Acontece que essas contribuições nos fornece um valor enorme (algo em torno de 1018 GeV negativos). Comparando os dois números, é como se a massa do Bóson de Higgs fosse próxima de zero e as contribuições quase o oposto.

O bóson de Higgs é um dos exemplos mais misteriosos de ajuste fino (Imagem: Reprodução/Lucas Taylor/CMS)

Mais estranho ainda é que essas quantidades parecem estar sintonizadas com valores muito menores do que o esperado, o que é muito improvável de acontecer, mas acontece. O caso do Bóson de Higgs mencionado acima é apenas um exemplo de muitos, como o fato do Sol e a Lua terem aproximadamente o mesmo tamanho no céu quando vistos da Terra. Quando estamos perfeitamente alinhados, a Lua bloqueia completamente o Sol, resultando em um eclipse solar total. Isso fica muito estranho quando sabemos que a elipticidade da órbita da Terra tem valor menor do que as estimativas teóricas sugeriam anteriormente.

De algum modo, esse ajuste funciona mais ou menos como os dois lados de uma moeda, e os cientistas não sabem explicar o motivo. As opções mais óbvias são a casualidade ou alguma “regra” fundamental ainda desconhecida. Muitos pesquisadores preferem procurar pela regra que dita o ajuste fino das coisas do que aceitar que, às vezes, coincidências acontecem.

Faz sentido procurar por uma explicação para o ajuste fino, porque se alguma das medidas ou parâmetros fosse um pouco diferente, o universo simplesmente seria “errado”, ou melhor, configurado de outra maneira. A expansão do universo poderia ser tão alta que seria impossível manter a forma dos aglomerados de galáxias, ou as próprias galáxias seriam desfeitas. Ou a expansão seria fraca demais e toda a matéria do universo colapsaria pela gravidade.

O que está ajustando o universo?

Nosso universo só é possível graças ao ajuste de parâmetros e medidas relacionados de modo aparentemente casual (Imagem: Reprodução/NASA)

O que realmente está ajustando o universo para ele ser “frutífero” e favorável à vida? Algumas explicações já foram propostas, como multiversos existindo com todos os diferentes ajustes. Muitos deles teriam falhado em criar algo equilibrado, e calhou de um deles — o nosso — funcionar muito bem.

Há outra explicação recorrente, a opção dinâmica, postula que deve haver uma nova estrutura, partículas ou simetrias. Uma dessas propostas é a supersimetria, que propõe uma natureza fundamental das partículas que as coloca em simetria excepcional. Aqui, para cada bóson, haverá um férmion (quarks, elétrons, neutrinos etc) companheiro. E vice-versa.

Pois bem, pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados de Nova Jersey, da Universidade de Paris-Saclay, e da Universidade Nacional de Seul identificaram uma nova classe de mecanismos para a produção de ajustes finos, em que apenas valores específicos da massa de Higgs podem “desencadear” a formação de multiversos. Essa solução combina a dinâmica e os multiversos.

No estudo, os autores propõem um sistema de física de partículas em que o parâmetro especial é a massa de Higgs. Também apresentam a noção de “gatilhos”: certos acoplamentos do Higgs a outras partículas (ou forças) fariam com que a massa do Higgs afetasse outros parâmetros observáveis no universo.

Na explicação do multiverso, o ajuste dos parâmetros acontece de maneiras diferentes em cada universo, gerando diferentes resultados (Imagem: Reprodução/geralt/Pixabay)

Esses gatilhos tratam de ambos os valores dos ajustes finos ao mesmo tempo. Ao contrário da solução original do multiverso, no entanto, os gatilhos estão associados a novos acoplamentos ou novas partículas que podem ser pesquisadas. E, ao contrário das soluções dinâmicas, os gatilhos não implicam em novas formas de simetria que até agora não foram detectadas.

Os cálculos dos autores mostram haver apenas uma certa quantidade de gatilhos possivelmente relevantes, mas também que a teoria pode fornecer previsões precisas para cada possibilidade de gatilho. A possibilidade mais interessante envolve a existência de outras partículas de Higgs, com massas iguais ou abaixo da massa do bóson de Higgs.

Bem, tudo isso é bastante confuso quando não se está familiarizado com toda a física envolvida, mas a parte legal do estudo é que essa escala de massas prevista para novas partículas de Higgs está ao alcance de experimentos em aceleradores de partículas. Se os cientistas testarem essas ideias em um colisor e obtiverem algum resultado, pode ser que estejamos prestes a testemunhar o nascimento de uma “teoria dos gatilhos”, que explicaria um dos maiores problemas da física de partículas.

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper

Fonte: APS Physics; via: Science Alert

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