(SuperBooks) #1

não podem ser preditos a partir da teoria, mas têm de ser escolhidos para se harmonizarem com as experiências.
Apesar disso, podem ser um passo no sentido de uma teoria completa, totalmente unificada.


(11) Grand Unification Theories (N. do T.).


A ideia fundamental das :, GUTs é a seguinte: como já foi mencionado, a força nuclear forte torna-se mais fraca a
altas energias. Por outro lado, as forças electromagnéticas e nuclear fraca, que não são assimptoticamente livres,
tornam-se mais fortes a energias altas. A determinada energia muito alta, chamada a energia da grande unificação,
essas três forças teriam todas a mesma intensidade e poderiam, portanto, ser apenas diferentes aspectos de uma
única força. As GUTs predizem também que, a essa energia, as diferentes partículas de matéria de spin 1/2, como os
quarks e os electrões, seriam essencialmente as mesmas, obtendo-se assim outra unificação.


O valor da energia da grande unificação não se conhece muito bem, mas teria provavelmente de ser pelo menos mil
milhões de milhões de GeV. Os actuais aceleradores de partículas podem fazer colidir partículas a energias de cerca
de algumas centenas de GeV e estão planeadas máquinas que elevarão esta energia a alguns milhares de GeV.
Mas uma máquina suficientemente potente para acelerar partículas até à energia da grande unificação teria de ser
tão grande como o sistema solar -- e seria pouco provável haver fundos para ela no actual contexto económico.
Portanto, é impossível testar directamente em laboratório teorias da grande unificação. No entanto, tal como no caso
da teoria da unificação electromagnética e fraca, há consequências a baixas energias que podem ser testadas.


A mais interessante é a predição de que os protões, que constituem grande parte da massa da matéria vulgar,
podem decair espontaneamente em partículas mais leves como os positrões. Tal é possível porque na energia da
grande unificação não há qualquer diferença essencial entre um quark e um electrão. Os três quarks dentro de um
protão não têm normalmente energia suficiente para se transformarem em positrões mas muito ocasionalmente um :,
deles pode adquirir energia suficiente para provocar a transição, porque o princípio da incerteza significa que a
energia dos quarks dentro do protão não pode ser exactamente fixada. O protão decairia. A probabilidade de um
quark adquirir energia suficiente é tão pequena que o mais provável é termos de esperar pelo menos um milhão de
milhões de milhões de milhões de milhões de anos (1 seguido de trinta zeros), o que é muito superior ao tempo que
passou desde o bib bang, que aconteceu mais ou menos há uns meros dez mil milhões de anos (1 seguido de dez
zeros). Portanto, poderíamos pensar que a possibilidade de decaimento espontâneo do protão não poderia ser
testada através de experiências. Contudo, podemos aumentar as nossas hipóteses de detectar um decaimento
observando uma grande porção de matéria que contenha um grande número de protões. (Se, por exemplo, se
observar um número de protões igual a 1 seguido de trinta e um zeros, durante o período de um ano, será de
esperar, segundo a mais simples GUT, poder observar-se mais do que o decaimento de um protão).


Várias experiências deste género têm sido feitas, mas nenhuma forneceu ainda provas convincentes do decaimento
de protões ou neutrões. Uma experiência com oito mil toneladas de água foi realizada na Mina de Sal Morton, no
Ohio (para evitar que acontecessem outros fenómenos causados por raios cósmicos, que podiam ser confundidos
com o decaimento dos protões). Uma vez que não foi observado qualquer decaimento espontâneo durante a
experiência, podemos calcular que a vida provável do protão deve ser maior que dez milhões de milhões de milhões
de milhões de milhões de anos (1 seguido de trinta e um zeros). Este número é superior ao tempo de vida previsto
pela teoria da grande unificação mais simples, mas existem teorias mais elaboradas, nas quais os tempos de vida
previstos são mais longos. Serão precisas experiências ainda :, mais sensíveis, com quantidades ainda maiores de
matéria para as testar.


Embora seja muito difícil observar o decaimento espontâneo do protão, pode ser que a nossa própria existência seja
uma consequência do processo contrário, a produção de protões, ou mais simplesmente de quarks a partir de uma
situação inicial em que não havia mais quarks do que antiquarks que é a maneira mais natural de imaginar o começo
do Universo. A matéria na Terra é constituída principalmente por protões e neutrões, que, por seu turno, são
constituídos por quarks. Não há antiprotões, nem antineutrões, constituídos a partir de antiquarks, excepto aqueles
que são produzidos pelos físicos em grandes aceleradores de partículas. Temos provas, a partir de raios cósmicos,
de que o mesmo se passa com a matéria da Galáxia: não estão presentes antiprotões ou antineutrões, para além de
um pequeno número de pares de partícula/antipartícula obtidos em colisões de alta energia. Se houvesse grandes
regiões de antimatéria na Galáxia, esperaríamos ver grandes quantidades de radiação provenientes do contacto
entre as regiões de matéria e antimatéria, onde muitas partículas estariam a colidir com as suas antipartículas,
aniquilando-se mutuamente e emitindo radiação de alta energia.


Não temos qualquer prova directa sobre se a matéria nas outras galáxias é constituída por protões e neutrões ou
antiprotões e antineutrões, mas tem de ser uma coisa ou outra: não pode haver uma mistura numa única galáxia
porque nesse caso observaríamos uma grande quantidade de radiação proveniente de aniquilações. Além disso,
cremos que todas as galáxias são compostas de quarks e não de antiquarks; não parece plausível que algumas
galáxias sejam de matéria e outras de antimatéria.


Por que haverá mais quarks que antiquarks? Por que não há um número igual de cada? É certamente uma sorte :,
para nós os números não serem iguais porque, se fossem, quase todos os quarks e antiquarks se teriam aniquilado