Chip Sebens, professor de filosofia no Caltech que faz perguntas fundamentais sobre física , está firmemente no último grupo. "Filósofos da física geralmente ficam muito frustrados quando as pessoas simplesmente dizem: 'Ok, aqui está a mecânica quântica. Vai ser estranho. Não se preocupe. Você pode fazer as previsões certas com ela. Não precisa tentar dar muito sentido a isso, apenas aprenda a usá-la'. Esse tipo de coisa me irrita", diz Sebens.

Uma área da física particularmente estranha e perturbadora para pessoas como Sebens é a teoria quântica de campos. A teoria quântica de campos vai além da mecânica quântica, incorporando a teoria da relatividade especial e permitindo que o número de partículas mude ao longo do tempo (como quando um elétron e um pósitron se aniquilam e criam dois fótons). O campo eletromagnético da física clássica é substituído por um campo quântico que se move e dança para produzir a aparência de partículas quânticas, os fótons. Ou, adotando uma perspectiva alternativa, pode-se dizer que a realidade consiste em enxames de partículas quânticas que às vezes se parecem com campos. Uma questão em que Sebens continua a se concentrar em seu trabalho é se os campos ou as partículas são mais fundamentais para a natureza. É como perguntar se, ao ampliar a água em um copo, ela continuará parecendo um fluido ou se, em vez disso, revelará ser feita de moléculas. Nesse caso, os cientistas sabem que as moléculas são mais fundamentais do que o fluido, mas no âmbito da física, explica Sebens, "há um debate sobre se a teoria quântica de campos é, em última análise, uma teoria de partículas ou de campos".

A teoria quântica de campos impressiona pelas previsões que consegue fazer sobre fenômenos que posteriormente são confirmados em laboratório. Mas a maneira como ela chega a essas previsões bem-sucedidas é, nas palavras de Sebens, "muito trabalho. São cálculos muito complicados e árduos que não podem ser feitos manualmente e devem ser realizados por computadores. Como filósofo, quero chegar ao que está por trás da teoria. Temos essas equações que funcionam, mas descobrir o cerne da teoria não é tão óbvio."

E assim, Sebens partiu em busca de um caminho alternativo, e talvez mais simples, para uma previsão bem-sucedida da teoria quântica de campos: a força magnética, ou momento, do elétron. "O elétron é uma partícula carregada negativamente, mas também age como uma pequena barra magnética com um polo norte e um polo sul", explica Sebens. "O momento magnético do elétron quantifica a força magnética que ele possui."

A teoria quântica de campos calcula esse valor com "hiperprecisão com muitas casas decimais", afirma Sebens, mas como isso é feito não está claro. Sebens abordou o enigma recorrendo à física clássica — a física que normalmente descreve objetos maiores em nosso mundo, como balas de canhão e linhas de energia. Especificamente, ele modelou o elétron usando um campo clássico (como o campo eletromagnético) chamado campo de Dirac e calculou o valor do momento magnético do elétron usando a equação de Dirac, nomeada em homenagem ao físico britânico Paul Dirac. "A equação de Dirac é normalmente considerada parte de uma teoria quântica, onde governa como uma função de onda, denotada pelo símbolo ? (psi), evolui ao longo do tempo. Mas você pode interpretar a equação de Dirac de uma maneira diferente", aponta Sebens, "não como uma equação que governa uma função de onda quântica ?, mas como uma equação que governa um campo clássico ?. As funções de onda fornecem probabilidades para diferentes coisas acontecerem durante a medição. Um campo clássico não é assim. Ele descreve uma série de coisas diferentes acontecendo em diferentes lugares ao mesmo tempo."

O método padrão de cálculo do momento magnético do elétron usando a equação de Dirac leva a um valor conhecido como magneton de Bohr, em homenagem ao físico dinamarquês Niels Bohr. Infelizmente, esse valor calculado fica um pouco aquém do valor determinado experimentalmente para o momento magnético do elétron, que é ligeiramente mais forte. A teoria quântica de campos, por outro lado, obtém um valor muito mais preciso, de alguma forma contabilizando o momento magnético extra, ou "anômalo", perdido pela equação de Dirac.

Ao iniciar este projeto, Sebens esperava que, ao fazer correções importantes nos cálculos que produzem a estimativa do magneton de Bohr, pudesse encontrar outra maneira de obter a previsão precisa do momento magnético do elétron atualmente alcançada pela teoria quântica de campos, ou pelo menos uma estimativa melhor. "Quando você analisa mais de perto o que pode ser feito com a equação de Dirac, descobre que é possível fazer um pouco mais sem recorrer à teoria quântica de campos", diz Sebens.

Especificamente, Sebens refinou o cálculo do momento magnético do elétron da equação de Dirac para levar em conta dois fenômenos que afetam os elétrons, que há muito tempo fazem parte dos cálculos da teoria quântica de campos: a autointeração, na qual um elétron interage com seu próprio campo eletromagnético, e a renormalização de massa, uma maneira de ajustar a massa do elétron para levar em conta o campo eletromagnético que o cerca.

O esforço de Sebens levou a uma conclusão interessante, embora não necessariamente a que ele desejava. Ao corrigir a derivação simples da equação de Dirac para levar em conta a autointeração e a renormalização da massa, ele de fato chegou a uma nova maneira de calcular o momento magnético do elétron. Mas esse caminho alternativo para o cálculo do momento magnético do elétron não produz o valor fixo previsto pela teoria quântica de campos. Em vez disso, ele é variável e depende do estado do elétron.

"O projeto que resta é explicar por que existe um momento magnético específico na teoria quântica de campos quando, no contexto da equação de Dirac, o momento magnético varia dependendo do estado do elétron", diz Sebens. "Como a teoria quântica de campos define o que é um momento magnético dependente do estado quando calculado a partir do campo de Dirac clássico?"

A resposta de Sebens? "Pelo menos no momento, não tenho certeza de como o truque é feito. Como filósofo, procuro refletir cuidadosamente sobre os fundamentos dessas teorias. Às vezes, imagino como seria se filósofos estivessem em um antigo sítio arqueológico com físicos, escavando as ruínas de um extenso templo subterrâneo. Um físico típico poderia correr na frente com ferramentas elétricas para cavar mais fundo e descobrir novos artefatos, sempre correndo para a próxima sala cheia de terra com tesouros a serem encontrados. Um filósofo poderia, em vez disso, parar e tentar esfregar os últimos resquícios de sujeira de uma grande estátua."

A pesquisa de Sebens foi publicada no periódico Foundations of Physics sob o título "Quão anômalo é o momento magnético do elétron?"