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Embora o nosso Universo possa parecer estável, tendo existido durante uns impressionantes 13,7 mil milhões de anos, várias experiências sugerem que está em risco — caminhando à beira de um precipício muito perigoso. E tudo se deve à instabilidade de uma única partícula fundamental: o bosão de Higgs.
Num novo estudo, uma equipa de cientistas mostra que alguns modelos do Universo primitivo, os que envolvem objetos chamados buracos negros primordiais leves, provavelmente não estão corretos — porque teriam desencadeado o bosão de Higgs para acabar com o cosmos.
O estudo, conduzido por Lucien Heurtier, investigador do King’s College London, acaba de ser aceite para publicação na revista Physical Letters B.
O bosão de Higgs, popularmente conhecido como a “Partícula de Deus“, é responsável pela massa e interações de todas as partículas que conhecemos, porque as massas das partículas são uma consequência da interação das partículas elementares com um campo, designado por campo de Higgs.
Como o bosão de Higgs existe, sabemos que o campo existe, explica Heurtier num artigo publicado no The Conversation.
Pode pensar-se neste campo como um banho de água perfeitamente imóvel em que nos mergulhamos. Tem propriedades idênticas em todo o Universo. Isto significa que observamos as mesmas massas e interações em todo o cosmos.
Esta uniformidade, explica o investigador, permitiu-nos observar e descrever a mesma física ao longo de vários milénios: os astrónomos normalmente olham para trás no tempo.
Mas o campo de Higgs não é suscetível de estar no estado de energia mais baixo possível. Isto significa que, teoricamente, poderia mudar de estado, caindo para um estado de energia mais baixo num determinado local.
Se isso acontecesse, no entanto, alteraria drasticamente as leis da física. Essa mudança representaria aquilo a que os físicos chamam uma transição de fase. É o que acontece quando a água se transforma em vapor, formando bolhas no processo.
Uma transição de fase no campo de Higgs criaria, de forma semelhante, bolhas de espaço de baixa energia com uma física completamente diferente.
Numa tal bolha, a massa dos eletrões mudaria subitamente, assim como as suas interações com outras partículas. Os protões e os neutrões — que constituem o núcleo atómico e são feitos de quarks — deslocar-se-iam subitamente.
Essencialmente, qualquer pessoa que sofresse uma tal alteração deixaria provavelmente de a poder registar.
Risco constante
Medições recentes de massas de partículas efetuadas pelo Grande Colisor de Hadrões (LHC) no CERN sugerem que tal acontecimento pode ser possível. Mas não entre em pânico; isso só poderá acontecer dentro de alguns milhares de biliões de anos depois de nos reformarmos.
Por esta razão, nos corredores dos departamentos de física de partículas, costuma dizer-se que o Universo não é instável, mas sim “metaestável”, porque o fim do mundo não vai acontecer tão cedo.
Para formar uma bolha, o campo de Higgs precisa de uma boa razão. Devido à mecânica quântica, a teoria que governa o microcosmos dos átomos e das partículas, a energia do Higgs está sempre a flutuar.
E é estatisticamente possível (embora improvável, e é por isso que demora tanto tempo) que o Higgs forme uma bolha de vez em quando.
No entanto, a história é diferente na presença de fontes de energia externas, como campos gravitacionais fortes ou plasma quente (uma forma de matéria constituída por partículas carregadas): o campo pode pedir emprestada esta energia para formar bolhas mais facilmente.
Por conseguinte, embora não haja razão para esperar que o campo de Higgs forme numerosas bolhas atualmente, uma grande questão no contexto da cosmologia é se os ambientes extremos pouco depois do Big Bang poderiam ter desencadeado essa formação de bolhas.
No entanto, quando o Universo estava muito quente, embora houvesse energia disponível para ajudar a formar as bolhas de Higgs, os efeitos térmicos também estabilizavam o campo de Higgs, modificando as suas propriedades quânticas.
Por conseguinte, este calor não poderia desencadear o fim do Universo, e é provavelmente por isso que ainda cá estamos.
Buracos negros primordiais
No entanto, na nova investigação, a equipa de Lucien Heurtier mostrou que existe uma fonte de calor que causaria constantemente esse borbulhar — sem os efeitos térmicos estabilizadores observados nos primeiros dias após o Big Bang.
Trata-se dos buracos negros primordiais, um tipo de buraco negro que surgiu no Universo primitivo a partir do colapso de regiões demasiado densas do espaço-tempo.
Ao contrário dos buracos negros normais, que se formam quando as estrelas colapsam, os primordiais podem ser minúsculos – tão leves como um grama.
A existência de buracos negros tão leves é uma previsão de muitos modelos teóricos que descrevem a evolução do cosmos pouco depois do Big Bang. Isto inclui alguns modelos de inflação, que sugerem que o Universo aumentou enormemente de tamanho após o Big Bang.
No entanto, a prova da sua existência tem um grande senão: Stephen Hawking demonstrou na década de 1970 que, devido à mecânica quântica, os buracos negros evaporam-se lentamente, emitindo radiação através do seu horizonte de eventos (um ponto ao qual nem a luz consegue escapar).
Hawking demonstrou que os buracos negros se comportam como fontes de calor no Universo, com uma temperatura inversamente proporcional à sua massa. Isto significa que os buracos negros leves são muito mais quentes e evaporam-se mais rapidamente do que os maciços.
Em particular, se no Universo primitivo se formaram buracos negros primordiais mais leves do que alguns milhares de milhares de milhões de gramas (10 mil milhões de vezes mais pequenos do que a massa da Lua), como muitos modelos sugerem, já se teriam evaporado.
Na presença do campo de Higgs, esses objetos comportar-se-iam como as impurezas de uma bebida gaseificada – ajudando o líquido a formar bolhas de gás, contribuindo para a sua energia através do efeito da gravidade (devido à massa do buraco negro) e da temperatura ambiente (devido à sua radiação Hawking).
Quando os buracos negros primordiais se evaporam, aquecem o Universo localmente. Evoluiriam no meio de pontos quentes que poderiam ser muito mais quentes do que o Universo circundante, mas ainda assim mais frios do que a sua temperatura típica de Hawking.
O que o estudo de Heurtier mostra, usando uma combinação de cálculos analíticos e simulações numéricas, é que, devido à existência destes pontos quentes, eles provocariam constantemente a formação de bolhas no campo de Higgs.
Mas nós ainda cá estamos. Isto significa que é altamente improvável que tais objectos alguma vez tenham existido. De facto, devemos excluir todos os cenários cosmológicos que prevêem a sua existência.
Isto, claro, a menos que descubramos alguma prova da sua existência passada em radiação antiga ou ondas gravitacionais.
Se descobrirmos, isso pode ser ainda mais excitante: indicaria que há algo que não sabemos sobre o Higgs; algo que o protege de borbulhar na presença de buracos negros primordiais em evaporação. Pode ser, de facto, uma nova partícula ou força.
Seja como for, é evidente que ainda temos muito para descobrir sobre o Universo, tanto à escala mais pequena como à escala maior.
