CURIOSIDADES DA FÍSICA
José Maria Filardo Bassalo
www.bassalo.com.br

Heisenberg, Pauli e o Campo Unificado das Partículas Elementares.

 

Segundo vimos em verbetes desta série, logo depois que o físico germano-suíço-norte-americano Albert Einstein (1879-1955; PNF, 1921) geometrizou a gravitação, em 1915, ele começou a desenvolver uma nova teoria para geometrizar a outra força até então conhecida no Universo, qual seja, a força eletromagnética maxwelliana (1873) e, com isso, unificar essas duas forças. Note-se que a busca pelo campo unificado realizada por Einstein começou, em janeiro de 1922. Contudo, sua apresentação formal aconteceu, em 1923 (Scripta Jerusalem Universitat 1, No. 7), em artigo que escreveu com a colaboração do físico alemão Jakob Grommer (1879-1933). Apesar da descoberta de duas novas forças na Natureza: fraca, em 1934, e forte, em 1935, Einstein continuou sua busca pelo campo unificado (unificação entre gravitação e eletromagnetismo) até sua morte, no dia 18 de abril de 1955. [Abraham Pais, ´Subtle is the Lord...´: The Science and the Life of Albert Einstein (Oxford University Press, 1982)].    

                   O campo unificado também foi objeto de estudo de outros físicos como, o alemão Werner Karl Heisenberg (1901-1976; PNF, 1932) e o austríaco Wolfgang Pauli Junior (1900-1958; PNF, 1945), porém com outro objetivo, qual seja, a unificação das Partículas Elementares (PE) por intermédio de uma Teoria Quântica de Campo. O interesse de Heisenberg pelas PE começou, em 1949 (Zeitschrift für Physik 126, p. 569), quando estudou a colisão das PE em altas energias como um processo turbulento, processo esse que havia apresentado em 1948 (Zeitschrift für Naturforschung 3a, p. 434). Agora, vejamos como o envolvimento de Heisenberg com as PE e o campo que as unifica é descrito por ele próprio em seu livro Physics and Beyond: Encounters and Conversations (Harper & Row, Publishers, 1971; Diálogos sobre Física Atômica, Editorial Verbo, 1971), pelo historiador da ciência, o norte-americano David C. Cassidy (n.1945), no livro Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg (W. H. Freeman and Company, 1991), e pelo físico japonês Michio Kaku (n.1947), em Hiperespaço (Rocco, 2000). Em fevereiro de 1957, Heisenberg adoeceu e foi com sua mulher Elisabeth para a cidade de Ascona, no Lago Maggiore, no norte da Itália. De lá, ele trocou cartas – conhecida como a Batalha de Ascona - com Pauli sobre uma equação de campo que Heisenberg havia encontrado, que continha tanto o Grupo Relativístico de Lorentz quanto o Grupo de Isospin, que é um grupo de simetria interna entre prótons e nêutrons (ver verbete nesta série), ou seja, havia uma divisão (bipartição) e uma redução de simetria. Em princípio, a consciência da Física, como Pauli era conhecido entre seus pares, recusou essa ideia. Porém, como havia proposto, em 1930, a partícula neutrino importante para o entendimento das interações (eletromagnética e fraca) entre as PE e dominava bem seu formalismo matemático, ele se entusiasmou com a proposta de Heisenberg, apresentada em uma carta datada de 16 de dezembro de 1957. Pauli, então, enviou-lhe duas cartas, com um intervalo de oito dias.

                   Na primeira, escreveu: - ... Divisão e redução das simetrias – aqui está o busilis. A divisão em duas partes é um atributo muito velho do diabo (a palavra “dúvida” significa, originariamente, divisão em dois). Numa obra de Bernard Shaw houve um bispo que disse que mesmo com o diabo não se deve fazer batota. Portanto, no Natal, tão-pouco deve faltar o demônio. Os dois senhores divinos – Cristo e o Demônio – devem saber que existe entre eles muito mais simetria. Por favor, não contes estas heresias aos teus filhos, mas pode contá-las ao barão Von Weiszäcker, com quem estive há pouco. Teu amigo, Wolfgang Pauli.

                   Na segunda, disse: - A imagem transforma-se todos os dias. Tudo flui. A tornar público, nada ainda, mas será algo de admirável. Não pode prever-se o que vai surgindo. Deseja-me felicidades, pois sinto-me como que a aprender a andar. (Segue uma citação): - “A razão levanta de novo a sua voz e a esperança volta a surgir ... Saúda a aurora antes de começar 1958, antes que rompa o sol ...” . Porém, por hoje basta. O tema é inesgotável. Tu, pessoalmente, descobrirás muitas coisas. Terás notado que o busilis foi superado. O diabo revelou seu segredo, divisão e redução de simetrias. Dei-lhe facilidades com a minha anti-simetria – foi jogo limpo – e ele retirou-se suavemente ... E agora, Feliz Ano Novo! Marcharemos cantando ao seu encontro. É um longo caminho para a Tipperary (região da Irlanda). É um longo caminho para ir. Teu amigo, Wolfgang Pauli.  

                   Devido a esse entusiasmo de Pauli, Heisenberg propôs escreverem um artigo juntos. Então, no dia 27 de Fevereiro de 1958, Heisenberg preparou o rascunho de um artigo, em nome dele e de Pauli, com o seguinte título: On the isospingroup in the theory of elementary particles. O texto, de 14 páginas, foi mimeografado e várias cópias foram tiradas. Contudo, três dias antes desses preprints serem distribuídos, Heisenberg anunciou a Equação de Heisenberg-Pauli em uma Conferência no Instituto de Física da Universidade de Göttingen (IFUG). Um jovem repórter de uma rádio anunciou ao vivo, o seguinte: - Professor Heisenberg e seu assistente, W. Pauli descobriram a equação básica do cosmos. 

                   Sabedor dessa sensacional notícia por intermédio do fisico austríaco Victor Frederick Weisskopf (1908-2002), no dia 7 de março de 1958, Pauli enfureceu-se e escreveu uma carta para Heisenberg, que era uma folha em branco, apenas com a legenda: - Isto é para mostrar ao mundo que posso pintar como Ticiano [Vecellio (1473/1490-1576), pintor italiano]. Faltam apenas detalhes técnicos.

 

      No dia 23 de abril de 1958, data em que se comemorou o primeiro centenário de nascimento do físico alemão Marx Karl Ernest Planck (1858-1947; PNF, 1918), no mesmo auditório do IFUG e na presença de 1800 ouvintes, Heisenberg apresentou a Equação de Heisenberg-Pauli (EH-P), que é uma equação não-linear (Cassidy, op. cit.):

 

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onde   () são as matrizes de Pauli,  e  são a função de onda schrödingeriana e seu complexo conjugado, é um parâmetro, e a presença repetida de  em cada termo significa uma soma de 1 até 4. É interessante destacar que, em 1934 (Proceedings of the Royal Society of London A144, p. 425),  os físicos, o alemão Max Born (1882-1970; PNF, 1954) e o polonês Leopold Infeld (1893-1968) haviam usado uma expressão análoga para tornar as equações de Maxwell não-lineares.

                   Apesar dessa reação de Pauli, no verão de 1958, por ocasião dos Cursos de Verão na cidade de Como, na Itália [onde nasceu o físico italiano Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827)]. Como o tema desse Curso era a Física das Partículas Elementares, Heisenberg e Pauli eram os principais convidados. Ao término da apresentação de Pauli sobre a equação que representava a dinâmica do cosmos, o físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr (1885-1962; PNF, 1922) disse: - Todos concordamos que sua teoria é maluca. A questão que nos divide é se ela é maluca o bastante. Por sua vez, o físico norte-americano Julian Seymour Schwinger (1918-1994; PNF, 1965) declarou: - Não passa de mais um sintoma da ânsia que aflige cada geração de físicos – a comichão de ter todas as questões fundamentais respondidas durante suas vidas (Kaku, op. cit.).    

                   Concluindo este verbete, é oportuno registrar que Pauli morreu no dia 15 de dezembro de 1958, sem estar completamente convencido da EH-P, e que Heisenberg apresentou a unificação das partículas elementares no livro Introduction to the Unified Theory of Elementary Particles (Interscience/John Wiley and Sons, 1966).