Hugh David Politzer: O estudante de pós-graduação que reescreveu a força forte

Em 1973, um estudante de pós-graduação em Harvard, ainda a anos de conseguir um cargo docente, descobriu que os quarks — as partículas que compõem os prótons e nêutrons — se comportam de forma oposta a tudo o que os físicos esperavam: quanto mais próximos estão uns dos outros, mais fraca se torna a força entre eles. Foi um resultado tão estranho que Politzer inicialmente temeu ter cometido um erro. Não cometeu, e a descoberta, calculada de forma independente e no mesmo momento por David Gross e Frank Wilczek em Princeton, renderia aos três homens o Prêmio Nobel três décadas mais tarde.

O filho de uma família de refugiados no Bronx

Hugh David Politzer nasceu em 31 de agosto de 1949, na cidade de Nova York, em uma família com sua própria história de deslocamento: seus pais haviam fugido da Checoslováquia para a Inglaterra em 1939, antes da ocupação nazista, e imigraram para os Estados Unidos após a Segunda Guerra Mundial. Ele frequentou a Bronx High School of Science, a célebre escola pública que produziu uma quantidade desproporcional de laureados norte-americanos com o Prêmio Nobel, graduando-se em 1966. Prosseguiu seus estudos na Universidade de Michigan para obter o bacharelado em física, concluído em 1969, antes de ir para Harvard para a pós-graduação, onde trabalhou sob a orientação do físico teórico Sidney Coleman e obteve seu doutorado em 1974.

O cálculo que explicou o confinamento dos quarks

A contribuição decisiva de Politzer veio antes mesmo de ele concluir o doutorado. Em 1973, ainda estudante de pós-graduação, ele calculou o que acontece com a força nuclear forte — a força que une os quarks dentro dos prótons e nêutrons — à medida que a distância entre eles diminui. A intuição convencional, derivada de forças como o eletromagnetismo e a gravidade, sugeria que as interações deveriam se intensificar a curta distância. Politzer encontrou o oposto: a força forte na verdade enfraquece conforme os quarks se aproximam, uma propriedade que passou a ser chamada de liberdade assintótica. Ao mesmo tempo e de forma inteiramente independente, David Gross e seu estudante de pós-graduação Frank Wilczek em Princeton chegaram à mesma conclusão. O artigo publicado por Politzer, ao lado do trabalho de Gross e Wilczek, apareceu na Physical Review Letters em 1973 e resolveu um verdadeiro paradoxo na física de partículas: explicou como a força forte podia ao mesmo tempo manter os quarks confinados permanentemente dentro de partículas como os prótons e, ainda assim, comportar-se como se quase não existisse nos experimentos de colisão de alta energia que os físicos realizavam na época — pois nas distâncias extremamente curtas exploradas por essas colisões de alta energia, a força realmente afrouxa. A descoberta tornou-se um pilar fundamental da cromodinâmica quântica, a teoria que descreve a interação forte.

De Junior Fellow a professor do Caltech

Após concluir o doutorado, Politzer passou três anos, de 1974 a 1977, como Junior Fellow na Harvard Society of Fellows, uma posição pós-doutoral altamente seletiva que concede a jovens pesquisadores isenção de obrigações docentes para se dedicarem à pesquisa. Em seguida, transferiu-se para o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), ingressando primeiro como professor visitante em 1975, obtendo estabilidade (tenure) em 1976 e tornando-se professor titular em 1979. Ele atuou como diretor do departamento de física do Caltech de 1986 a 1988 e eventualmente ocupou a cadeira de Professor Richard Chace Tolman de Física Teórica. Além da liberdade assintótica, Politzer também trabalhou com Thomas Appelquist em previsões teóricas relacionadas ao charmonio, um estado ligado de um quark charme e seu antiquark, contribuindo ainda mais para o jovem campo da física de quarks na década de 1970.

Um Prêmio Nobel, décadas depois

O Prêmio Nobel de Física de 2004 foi concedido conjuntamente a Politzer, David Gross e Frank Wilczek "pela descoberta da liberdade assintótica na teoria da interação forte", reconhecendo o trabalho que os três haviam concluído em 1973, mais de trinta anos antes — um lembrete de quanto tempo o comitê do Nobel às vezes espera para confirmar que um resultado teórico resistiu a décadas de escrutínio experimental. Politzer já havia recebido reconhecimentos anteriores pelo mesmo trabalho, incluindo o Prêmio Sakurai de Física Teórica de Partículas em 1986 e o Prêmio de Física de Altas Energias da Sociedade Europeia de Física em 2003, tendo sido posteriormente eleito para a Academia Americana de Artes e Ciências em 2011.

Um físico fora do caminho comum

Os interesses de Politzer fora da física de partículas têm sido incomummente públicos para um teórico. Ele toca banjo e realizou pesquisas sobre a física de instrumentos de corda, aplicando sua formação profissional a um hobby. Na década de 1980, atuou como vocalista principal de uma banda com o irônico nome "Professor Politzer and the Rho Mesons", um trocadilho com a partícula subatômica. Ele também fez uma aparição inesperada no cinema no filme de Hollywood de 1989 Fat Man and Little Boy, sobre o Projeto Manhattan, interpretando o físico Robert Serber — o que lhe rendeu, segundo uma contagem, um número de Erdős-Bacon igual a cinco, uma medida bem-humorada que combina a distância de colaboração acadêmica com a distância de atuação cinematográfica.

Por que Hugh é chamado de gênio

O argumento sobre a genialidade de Politzer apoia-se em um único cálculo profundamente contraintuitivo feito enquanto ele ainda era estudante, cálculo este que ia diretamente contra a intuição física que todas as outras forças da natureza haviam ensinado os físicos a esperar. Descobrir que uma força se torna mais fraca em vez de mais forte a curta distância exigia tanto o domínio técnico da matemática ainda jovem da teoria quântica de campos quanto independência de espírito suficiente para confiar em uma resposta que, à primeira vista, parecia estar errada. A complicação mais honesta dessa história é que a descoberta não foi exclusivamente sua: David Gross e Frank Wilczek chegaram à mesma conclusão de forma independente e essencialmente no mesmo momento, e a decisão do comitê do Nobel de dividir o prêmio entre os três reflete essa simultaneidade, sem diminuir o trabalho do próprio Politzer. Esse tipo de descoberta quase simultânea é comum na física quando um campo está pronto para uma ideia, e não apaga a realização, mas sim a contextualiza: a percepção de Politzer não foi um lampejo isolado de brilhantismo individual, mas a articulação inicial mais precisa de uma conclusão que a matemática subjacente da cromodinâmica quântica estava, em certo sentido, esperando que alguém notasse.

Legado

A liberdade assintótica continua sendo uma das ideias fundamentais do Modelo Padrão da física de partículas, sustentando os cálculos modernos sobre como os quarks e glúons se comportam dentro de prótons, nêutrons e nos resíduos de colisões de partículas de alta energia em instalações como o Grande Colisor de Hadrons (LHC). Politzer continuou sua carreira no Caltech por décadas após a descoberta que o tornou famoso, deixando um conjunto de trabalhos em física teórica acompanhado por uma série incomum e eclética de interesses externos, desde a acústica do banjo até um papel coadjuvante no cinema em um drama de Hollywood sobre o Projeto Manhattan.