Recentemente escrevi um texto sobre a semelhança entre a
classificação das partículas elementares e a taxonomia. Além disso,
tentei te convencer de que o modelo padrão é apenas uma maneira
complicada de fazer essa classificação.

Por outro lado, existem alguns problemas diabólicos abertos na
física, e muitos deles indicam que o modelo padrão das partículas
elementares não é suficiente. Hoje gostaria de categorizar alguns
desses problemas e como estes levam à conclusão de que existem
novas partículas.

1. O gráviton é pop

De modo análogo às ondas eletromagnéticas, que são constituídas por
fótons, acredita-se que a gravidade é a manifestação coletiva dos seus
constituintes: os grávitons. Em outras palavras:

“O graviton é para a gravidade, o que o fóton é para o
eletromagnetismo”

Dentre as quatro interações fundamentais, eletromagnetismo, forças nucleares fraca e forte e gravidade, esta última é a mais fraca e o seu aspecto quântico só se manifesta em situações extremas, como, por exemplo, no Big Bang e no centro de um buraco negro.

O centro de um buraco negro é, ao mesmo tempo, extremamente pequeno (o que significa que é um sistema quântico) e extremamente massivo (o que significa que é um sistema gravitacional). Portanto, esse tipo de sistema deve ser descrito por uma teoria quântica da gravitação, ou, em outras palavras, precisamos entender teoricamente a dinâmica dos grávitons, de modo análogo ao entendimento que temos dos fótons e gluons.

2. Matéria Escura

A justificativa para a existência da matéria escura (repetida como um mantra) é a inconsistência entre observação e teoria com relação à velocidade (orbital) de estrelas visíveis (e da própria galáxia) nas galáxias. Como boa parte da matéria visível está no centro, o esperado é: Mais longe do centro, mais lentamente a estrela deveria se mover. Para surpresa da rapaziada, as estrelas se movem numa velocidade quase constante; (quase) independente da sua distância até o centro da galáxia… do balocobaco.

Isso sugere (é a primeira evidência) que deve existir algum tipo de matéria que não é visível, não interage (muito?!?) através do eletromagnetismo ou de interações forte e fraca. Por isso é chamada matéria escura.

Como um bom cético que sou, esse é o critério que uso para acreditar ou desacreditar em algo: Interage gravitacionalmente? Se a resposta for  não, então não existe =D.

3. Inflaton

O terceiro animal fantástico (que ninguém sabe onde habita) é o Inflaton. Mais uma vez, a razão por trás dessa partícula é puramente cosmológica. Durante os primeiros instantes do Big Bang, o universo teria passado por um crescimento exponencial extremamente rápido, e esse fenômeno é conhecido como Inflação.

Como Brasília ainda não havia sido construída, é bastante improvável que alguém do Palácio do Alvorada tenha sido responsável pelo período inflacionário pelo qual o universo passou. A hipótese é que existe alguma partícula responsável por essa expansão, e esta recebeu o nome de Inflaton.

Caso você não lembre do meu primeiro texto sobre partículas elementares, se liga aí, que é hora da revisão: Eu expliquei que bósons são partículas que possuem uma marca de nascença chamada spin, e que esse spin pode ser um número inteiro não-negativo: 0,1,2,3,4…

O fóton e os gluons possuem spin 1. Já o Bóson de Higgs tem spin 0. Mas lembre-se que o Bóson de Higgs só foi descoberto  (experimentalmente) em 2012, o que indica que bósons de spin 0 (também chamados de campos escalares) são joias raras dentro do modelo padrão. Justamente por ser tão raro, algumas pessoas sugeriram que talvez o Higgs e o inflaton sejam a mesma partícula. Veja por exemplo:

• The Standard Higgs boson as the Inflaton ou numa versão gratuita do arXiv.

De qualquer modo, isso é só uma hipótese, e a própria existência do inflaton permanece bastante elusiva (embora seja bastante razoável).

4. Supersimetria

Supersimetria é a hipótese que, para cada partícula conhecida do modelo padrão, existe uma outra partícula parceira ainda não descoberta. Volte ao meu primeiro texto sobre esse assunto; isso significa o seguinte: Para cada um daqueles bósons descritos, existe um férmion hipotético, e vice-versa. Essa ideia é chamada (com muitas ressalvas) de super-simetria.

A princípio pode parecer uma hipótese meio boba, mas garanto que partículas super-simétricas são as mais bem motivadas partículas hipotéticas dessa pequena lista. Além de resolver problemas teóricos dentro do modelo padrão (o problema da hierarquia, por exemplo), super-simetria está relacionada a cada uma das partículas anteriores:

• Supersimetria é a maneira que férmions são introduzido na teoria de cordas (por isso a teoria também é chamada de teoria das supercordas. E que rufem os tambores!!), que por sua vez é a candidata mais forte a teoria quântica da gravidade. Isso significa que o próprio gráviton tem o seu companheiro fermionico, chamado de gravitino.
• Por ser uma teoria da gravidade, supercordas carrega dentro de si mesma a teoria da gravidade de Einstein. Portanto, todo o mecanismo do Big Bang e inflação é englobado nessa teoria. Além disso, a teoria de supercordas possui diversos bons escalares (algo que é raro no modelo padrão), e esses escalares cheiram a Inflaton. Por exemplo: Supersymmetry & Inflation
• Finalmente, como é de se esperar, existem ótimos candidatos a matéria escura dentre as partículas super-simétricas, o Neutralino talvez seja um dos melhores.

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Evidentemente, existem diversas outras partículas elementares hipotéticas, mas comentei aqui as que são melhor justificadas e as que mais me interessam. Espero discutir mais detalhadamente sobre cada uma delas em textos futuros.

that’s all folks!