Coisas de Top
Chris Quigg

Cientistas reunidos no Rio para a LISHEP95—LAFEX International School in High Energy Physics—estão especialmente atentos a uma forma extraordinariamente rara de materia. Eles estão ouvindo relatos de exploradores modernos que representam cerca de oitocentos fisicos e estudantes do Brasil, Canada, Colombia, Franca, Italia, India, Japão, Coreia, Mexico, Russia, Taiwan e os Estados Unidos, engajados na tarefa de encontrar o quark top, e medir suas propriedades.

Enquanto debatem as evidencias para o top, planejando a nova serie de estudos experimentais, e teorizando a respeito de seu significado, os participantes da LISHEP95 testemunham uma revolução em nossa percepção da natureza: nossas escalas humanas não são mais favorecidas que outras para a experimentação e compreensão do universo fisico.

Um aspecto surpreendente da variedade na natureza é que qualquer exploração de uma ainda desconhecida escala de distancias, de tempo, ou energias, sempre nos revela fenomenos novos e interessantes. Nosso universo não é como uma boneca russa ! Quando estudamos a materia sob condições inusitadas, surpresas estão por toda parte—da supercondutividade exibida por varios materiais a muito baixas temperaturas às novas formas de materia criadas nos aceleradores de particulas a altissimas energias.

Os poetas falam de um distanciamento do mundo—ao encontro de uma estranheza—para expressar as verdades que fazem uma rocha impenetravel ou um amor sublime. Como o poeta, o fisico busca uma investigação que não apenas dá nomes às propriedades da natureza, mas que traduz sua essencia. Para um verdadeiro entendimento do mundo à nossa volta, para um completo sorver de suas maravilhas, devemos nos distanciar de nossa experiencia cotidiana, e olhar esse mundo com novos olhos.

Os fisicos aprenderam na decada de 20 que para explicar porque uma mesa é solida ou um metal brilha, é preciso explorar a estrutura atomica e molecular da materia. Tais dominios são governados não pelos costumes de nossa vida diaria, mas pelas leis da Mecanica Quantica. A procura ao quark top relatada no Rio nos faz repensar como o mundo microscopico influencia o nosso entorno.

é frequente dizer que quarks top foram produzidos em grandes numeros na fornalha incandescente do Big Bang há cerca de quinze bilhões de anos, desintegraram-se numa fração de segundo, e desapareceram de cena até que meus colegas descobrissem como recriá-lo num acelerador gigantesco perto de Chicago. Seria razao suficiente para o interesse no top: aprender como ele ajudou a plantar as sementes do universo primordial que evoluiu no mundo de diversidade e mudancas em que vivemos. Mas esta não é toda a historia, que ainda confere ao top um distanciamento que esconde sua real importancia em nossas vidas.

O verdadeiro assombro é que aqui e agora, a cada minuto de cada dia, o quark top afeta o mundo à nossa volta. Atraves do principio da incerteza da Mecanica Quantica, quarks top e seus anti-quarks oscilam entre o nada e uma existencia efemera em nosso mundo. Apesar de suas visitas virtuais, instantaneas, em tempo emprestado, quarks top deixam efeitos reais.

Alguns poucos numeros determinam as dimensões e caracteristicas do mundo cotidiano, do tamanho dos atomos à energia derramada pelo sol. Há apenas uma geração, tais parametros do cotidiano—a massa do proton, a massa do eletron, e as intensidades das interações fundamentais—eram tidos como quantidades primeiras, alem do escopo da ciencia.

Da mais imediata importancia para os fisicos de particulas é a influencia que exerce o top sobre as interações nucleares fracas. O proximo teste crucial virá de medidas precisas das massas do quark top e dos bosons W, mediadores das interações fracas. Caso encontradas em acordo com a relação prevista, teremos renovada confianca de que entendemos como o quark top influencia nosso mundo. E nosso mundo mesmo, porque as interações fracas governam não somente as taxas de decaimentos radiativos, mas tambem a intensidade dos raios de sol sobre a praia de Copacabana.

De fato, a massa do quark top está codificada nas intensidades de todas as forcas que regulam o nosso cotidiano. Acreditamos que as interações fortes, fracas e eletromagneticas, todas possuem igual intensidade quando a uma energia suficientemente alta, a qual chamamos energia de unificação. As diferencas observadas em nosso mundo a baixas energias ocorrem porque as interações evoluiram diferentemente à medida que o universo esfriava. A forma como cada uma evoluiu depende de suas proprias caracteristicas e do espectro das particulas que se formam desde as mais altas energias até a escala de nossa experiencia comum. Já que o top distingue-se como muito mais massivo que os outros quarks, então exerce uma especial influencia.

Mas isso não é tudo. A massa do proton é determinada principalmente pela energia armazenada na forca que mantem unidos os quarks up e down que o constituem. A intensidade de tal forca entre os quarks é por sua vez influenciada pelo quark top. Este não é um constituinte do proton, mas se o top pesasse dez vezes a mais ou a menos, a massa do proton variaria para mais ou para menos em cerca de vinte porcento. E tal mundo—nosso mundo—teria um aspecto muito diferente.

Enquanto os fisicos de particulas atuam em situações remotas aos dominios da experiencia comum para estabelecer as propriedades do quark top, podemos degustar a realidade de que tais propriedades estão registradas nas formas de cada flor ou grão de areia, em cada face humana. Coisas de top!

Prepared for LISHEP95 · Rio de Janeiro · 30 January 1995 · Tradução: Arthur Maciel · © Chris Quigg.