Semelhanças entre as teorias de Yukawa e Higgs

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Semelhanças entre as teorias de Yukawa e Higgs

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wlad
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Registrado em: Qua, 22 Dezembro 2021 - 20:36 pm

Mensagem por wlad »

Traduçao pelo Google de artigo publicado no Researchgate, em inglês:

Yukawa propôs um modelo de nêutrons em que dois prótons trocavam um méson, como em um jogo de tênis, em que dois jogadores trocam a bola entre si: cada jogador equivale a um próton, e a bola equivale ao méson.

Portanto, o nêutron deve ser composto por um próton e um méson.

Esse mecanismo de troca de uma partícula, o méson, ficou conhecido na física como Yukawa Coupling. Posteriormente, esse mecanismo de acoplamento foi generalizado na física teórica, como na eletrodinâmica quântica, em que duas partículas eletricamente carregadas trocam fótons entre si, e outro exemplo é o bóson de Higgs, que dá massa às partículas.

A teoria de Yukawa é crivada de falhas.

Primeiro, a teoria de Yukawa viola a lei da conservação de energia. Essa violação por si só foi suficiente para concluir que sua teoria estava errada. Mas os físicos contornaram essa falha na teoria com uma suposição absurda: que tal violação é possível, graças ao princípio da incerteza de Heisenberg.
Além do mais,
1- A soma da massa de um próton e um méson é muito maior que a massa de um nêutron.
2- Com um méson sendo trocado entre dois prótons, quando um dos prótons se afasta (e o méson fica sozinho com o outro próton, compondo um nêutron livre), o nêutron teria que decair instantaneamente, e (como em uma partida de tênis. se um dos jogadores sair do jogo o outro não pode continuar jogando sozinho) também o próton não poderia continuar mudando o méson sem outro próton como um parceiro neste jogo de mudar o méson. Mas o nêutron leva 15 minutos para se decair.
3- Não existe nenhuma lei da física que possa explicar porque um méson, com carga elétrica negativa de -1, e estando perto de um próton com carga +1, abandonaria este próton, para encontrar outro próton, que está mais longe do meson.

Portanto, a teoria dos nêutrons de Yukawa estava cheia de inconsistências.

Mas ele havia calculado qual deveria ser a massa do méson, e os físicos experimentais começaram sua busca por essa partícula teoricamente prevista, e ela foi detectada. Teve um valor 40% maior que o previsto por Yukawa. E isso já era uma indicação de que a teoria não era boa.

Além disso, novos experimentos foram feitos e outros mésons com muitos valores de massa diferentes foram descobertos. E isso sugeria que a previsão de Yukawa era apenas uma coincidência, pois como havia tantos mésons, com massas diferentes, um deles teria uma massa próxima à calculada por Yukawa (não tão próxima, afinal, pois era 40% maior) .

Yukawa ganhou o Nobel por ter previsto a existência de uma nova partícula: o méson.

No entanto, décadas após receber o Nobel, os físicos concluíram que a estrutura do nêutron não tem nada a ver com o modelo de nêutron de Yukawa, porque na verdade o nêutron é composto de três quarks.

Desta história, há consequências interessantes:

1- A previsão de Yukawa foi mera coincidência, pois o méson não existe na estrutura de nêutrons e, portanto, o cálculo de Yukawa não teve nada a ver com o méson.
2- Mas o mérito de ter previsto a existência do méson, apesar de nada ter a ver com o méson, não foi tirado de Yukawa. E continuou com o Prêmio Nobel, apesar de tê-lo ganho com um cálculo que nada tinha a ver com o méson.
3- Embora tenha sido completamente comprovado que a teoria de Yukawa sobre o méson dentro do nêutron estava errada, e que o acoplamento proposto por ele não existe na Natureza, os físicos continuaram a usar o Acoplamento Yukawa nas teorias atuais.

Agora vamos dar uma olhada na teoria de Higgs para ver as semelhanças com a teoria de Yukawa.

Primeiro, Higgs propôs sua teoria em uma época em que se pensava que o neutrino não tinha massa, o que é um pré-requisito do Modelo Padrão.

Até aí tudo bem com a teoria de Higgs, pois embora já tenham sido detectados neutrinos com a velocidade da luz (e até mais rápido que a velocidade da luz, como aconteceu com os neutrinos que chegaram ao nosso planeta 3 horas antes da chegada da luz, de uma explosão de supernova em 1987), esse fato de os neutrinos viajarem na velocidade da luz não comprometeu o Modelo Padrão, nem a teoria de Higgs, pois se considerava que os neutrinos não tinham massa, e não violava a relatividade de Einstein.

Na página 284 do livro "Sutil é a Matemática" é apresentado um cálculo que demonstra que se os neutrinos viessem da supernova de 1987 com a mesma velocidade com que se moviam no experimento medido pelo MINOS em 2007, os neutrinos da supernova teriam chegam à Terra duas horas antes da luz, conforme verificado por astrônomos em 1987.

E para bagunçar o Modelo Padrão e a teoria de Higgs, em 1998 veio a bomba: um experimento detectou que os neutrinos têm massa.
A partir de então, deveria ter caído a ficha para os físicos: tanto o Modelo Padrão quanto a teoria de Higgs não têm chance de estar certos. Algo está muito errado com essas duas teorias.

Mas os físicos não têm uma teoria alternativa, desenvolvida sem o conceito de acoplamento Yukawa. E a única solução que tinham para lidar com esse espinhoso problema de massa de neutrino era negar os resultados experimentais que provavam que o neutrino viaja à velocidade da luz.

Em 2012, o LHC detectou um bóson. Os físicos ficaram exultantes. A última parte do Modelo Padrão foi encontrada !!!!

Mas logo depois, os problemas começaram a surgir:
1- O Modelo Padrão tem uma boa explicação para a força fraca, que permite que uma partícula se transforme em outra. Mas os físicos não sabem por que a força fraca é capaz de superar a gravidade. As teorias que explicavam essa estranheza exigiam um Higgs com uma massa enorme, mas o bóson descoberto em 2012 era relativamente leve.
2- Os múons são muito menos massivos do que os outros tipos de partículas com as quais os pesquisadores viram o Higgs regular interagir, então a nova descoberta torna mais provável que haja apenas um Higgs. Esse comportamento é exatamente o que os físicos esperam do modelo padrão. Mas isso deixa o mistério de por que as partículas têm massas diferentes completamente sem resposta.

Concluindo, temos duas teorias que os físicos consideram bem-sucedidas, nas quais o mecanismo de acoplamento Yukawa desempenha um papel fundamental:
1- Teoria de Yukawa, que previu a existência do méson a partir de uma teoria totalmente errada, pois não há acoplamento de Yukawa entre méson e próton na estrutura de nêutrons. Ou seja, uma simples coincidência ...
2- A teoria de Higgs, que previu a existência de um bóson cuja massa não foi prevista, e que agora os físicos desconhecem:
a) Se há um único bóson de Higgs com a massa detectada pelo LHC; mas isso não explicaria porque as partículas têm massas diferentes
b) Ou se existem muitos bósons com massas diferentes, caso em que é uma coincidência muito semelhante ao que aconteceu com o mesão de Yukawa: se existem tantos bósons, é claro que o LHC detectaria um deles.
Mas a questão é:
- é este bóson de Higgs que dá massa às partículas????
- Ou a natureza usa outro mecanismo para dar massa às partículas?

Os físicos já tiveram uma lição, que aprenderam com a teoria maluca de Yukawa. Precisam de mais uma aula? ... para chegar à conclusão de que essa teoria maluca de Higgs, que funciona por meio do acoplamento maluco de Yukawa, é outra teoria condenada?
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