Físicos encontram atalho genial no estudo de colisão de partículas

Físicos do Grande Colisor de Hádrons (LHC), próximo à Genebra (Suíça) lançam prótons em um túnel de 27km de circunferência para que eles colidam na velocidade da luz.

Este é um dos experimentos científicos mais refinados do mundo, mas usa um diagrama que é muito simples. Antes de começar os experimentos no LHC, físicos usam o diagrama Feynman para gerar uma previsão do que eles devem ver quando chocarem as partículas. Essa previsão teórica serve de guia que permite que eles examinem os dados experimentais mais tarde.

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O diagrama mostra o estado inicial (partículas que entram) e o estado final (partículas que saem) e todas as colisões intermediárias que acontecem no meio do caminho. Os físicos tentam levar em consideração o maior número possível de interações possíveis, número que pode chegar a milhares.

Para cada diagrama, os físicos podem calcular a “integral Feynman”, que leva em consideração a massa, momentum e direção do movimento das partículas que colidem. Para determinar a probabilidade que as partículas que colidem vão terminar de determinada forma, físicos somam as integrais de Feynman para cada diagrama e multiplicam o resultado por ele mesmo. O resultado é a probabilidade.

A grande coincidência observada pelos pesquisadores é que eles constataram que as amplitudes originadas de diagramas Feynman são sempre uma classe de números chamado período. Períodos são números importantes na matemática porque descrevem características de objetos fundamentais chamados “motivos”, que são relacionados às equações polinomiais.

Se os físicos conseguissem encontrar a mesma estrutura matemática nas amplitudes dos diagramas Feynman, eles poderiam calcular as probabilidades com muito mais facilidade.

Diagrama de loop

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Quando duas partículas colidem, muitas coisas podem acontecer. Mesmo nos casos em que as colisões criam um par de partículas específico, colisões intermediárias podem acontecer. Nessa cadeia de reações, partículas podem emitir e depois reabsorver uma partícula adicional, criando o que é chamado de “loop” no diagrama de Feynman.

Adicionar loops faz com que as previsões sejam mais precisas. Mas a cada novo loop adicionado faz aumentar o número de diagramas que os físicos precisam levar em consideração. E esse número aumenta rapidamente. Atualmente, é difícil calcular amplitudes de experimentos com mais de dois loops. O objetivo é aumentar esse número para três ou quatro. [QuantaMagazine]

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