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8 partículas subatômicas que você deve conhecer

top-leaderboard-limit '> Um quadro negro no CERN coberto com equações de física teórica pelo bolsista de física teórica do CERN Alberto Ramos e pelo físico Antonio Gonzalez-Arroyo da Universidad Autonoma de Madrid, fotografado em 19 de abril de 2016. Crédito da imagem: Dean Mouhtaropoulos / Getty Imagens

Bósons, léptons, hádrons, glúons - parece que há um verdadeiro zoológico de partículas subatômicas, e você pode ser perdoado por ocasionalmente misturar seus quarks e seus squarks (sim, squarks são uma coisa real, ou pelo menos uma coisa real possível) . A lista a seguir não é um catálogo completo do que está por aí; em vez disso, é uma espécie de kit inicial, uma combinação das partículas mais importantes - e mais bizarras - que compõem nosso universo. A lista segue aproximadamente na ordem das partículas que você aprendeu nas aulas de física do ensino médio até entidades mais exóticas que são, por enquanto, pouco mais do que um brilho nos olhos dos físicos teóricos.

1. ELÉTRON: DOADOR DE QUÍMICA E ELETRICIDADE

Enquanto prótons e nêutrons (e seus quarks constituintes) dão aos átomos seu peso, é sua comitiva de elétrons muito mais leves que determina como os átomos se unem para formar moléculas - em uma palavra, são os elétrons que nos dão a química. (Pense em uma molécula de água como dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio que elaboraram um acordo de custódia conjunta para seus filhos de 10 elétrons.) Aprender a manipular elétrons foi um dos maiores triunfos científicos da história. No final do século 19, aprendemos a controlar o fluxo de elétrons nos fios - eletricidade! (Estranhamente, enquanto a eletricidade viaja na velocidade da luz, os próprios elétrons se movem apenas alguns metros por hora.) Algumas décadas depois, descobrimos como disparar um fluxo de elétrons em uma tela fosforescente dentro de um tubo de vácuo - voila, televisão.

2. FÓTON: PORTADORA DE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

A natureza da luz intrigava cientistas e filósofos desde os tempos antigos. Alguns pensadores insistiram que a luz se comportava como uma onda; outros (o mais famoso é Isaac Newton) disseram que a luz era feita de partículas. No início do século 20, Albert Einstein mostrou que Newton estava no caminho certo, descobrindo que a luz é “quantizada”, isto é, feita de partículas discretas (embora também possa se comportar como uma onda). Ao contrário dos elétrons e quarks (veja abaixo), os fótons não têm 'massa de repouso' - isto é, eles não pesam nada, no sentido cotidiano da palavra. Mas os fótons ainda têm energia. Essa energia acaba sendo proporcional à frequência da luz, de modo que a luz azul (frequência mais alta) carrega mais energia por fóton do que a luz vermelha (frequência mais baixa). Mas os fótons carregam mais do que apenas luz visível; eles transmitem todas as formas de radiação eletromagnética, incluindo ondas de rádio (com frequências muito mais baixas do que a luz visível) e raios X (com frequências muito mais altas).


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3. QUARK: VOCÊ, MIM, BOLA DE GOLFE, ESTRELA, GALÁXIA

Quarks são do que a maioria das coisas reais e familiares no universo é feita - você e eu, estrelas e planetas, bolas de golfe e galáxias. Os quarks são atraídos uns para os outros por meio da chamada força nuclear forte, para formar prótons e nêutrons, que constituem os núcleos dos átomos. (Pelo menos as partes visíveis. Mais sobre isso depois.) Na verdade, devido às peculiaridades das regras da mecânica quântica, eles só podem existir dentro dessas bestas compostas maiores; nunca podemos ver um quark sozinho. Eles vêm em seis “sabores” (sim, outra coisa da mecânica quântica): para cima, para baixo, estranho, charme, superior e inferior. Destes, os quarks up e down são os mais estáveis, então é desses dois, em particular, que a maior parte do 'material' é feito (os outros podem existir apenas em condições mais exóticas). Proposto pela primeira vez na década de 1960, o modelo de quark foi confirmado por milhares de experimentos, culminando na descoberta do quark top no Fermilab em 1995.

4. NEUTRINO: ZIPPY, COM UM PONTO DE MASSA ADOLESCENTE

Os neutrinos são partículas elusivas e muito leves que mal interagem com a matéria. Eles percorrem a matéria com tanta facilidade que, por muito tempo, os físicos se perguntaram se eles poderiam ter massa em repouso zero, como os fótons. Teorizados pela primeira vez por Wolfgang Pauli em 1930, eles foram detectados na década de 1950 - mas foi apenas nas últimas décadas que os físicos foram capazes de mostrar que os neutrinos, de fato, têm uma pequena quantidade de massa. (O Prêmio Nobel de Física de 2015 foi para dois físicos cujos experimentos ajudaram a identificar algumas das propriedades peculiares do neutrino.) Embora minúsculos, os neutrinos também são onipresentes; cerca de 100 trilhões de neutrinos, criados no centro do Sol (a fonte principal mais próxima), passam por seu corpo a cada segundo. (E não importa se for noite; as pequenas partículas voam direto pela Terra como se ela nem estivesse lá.)

5. HIGGS BOSON: POTENCIAL PROVEDOR DE MASSA

Apelidado de “partícula de Deus” por Leon Lederman em 1993, o bóson de Higgs se tornou a mais famosa de todas as partículas nos últimos anos. Postulado pela primeira vez na década de 1960 (por Peter Higgs, bem como por vários outros físicos, trabalhando de forma independente), foi finalmente capturado no Grande Colisor de Hádrons perto de Genebra em 2012. Por que tanto alarido sobre o Higgs? A partícula foi a última peça do chamado “Modelo Padrão” da física de partículas a se mostrar. O modelo, desenvolvido a partir da década de 1960, explica como operam todas as forças conhecidas, com exceção da gravidade. Acredita-se que o Higgs desempenhe um papel especial dentro desse sistema, dotando as outras partículas de massa.

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6. GRAVITON: ÚLTIMA PEÇA DO ENIGMA DA TEORIA DO CAMPO QUÂNTICO

O gráviton (se existir) seria um “portador de força”, como o fóton. Os fótons “mediam” a força do eletromagnetismo; grávitons fariam o mesmo com a gravidade. (Quando um próton e um elétron se atraem via eletromagnetismo, eles trocam fótons; da mesma forma, dois objetos massivos que se atraem por meio da gravitação deveriam estar trocando grávitons.) Esta seria uma maneira de explicar a força gravitacional puramente em termos quânticos teorias de campo - ou, para ser mais claro, o gráviton conectaria a gravitação e a teoria quântica, cumprindo uma busca centenária. O problema é que a gravidade é de longe a mais fraca das forças conhecidas, e não há maneira conhecida de construir um detector que possa realmente prender o gráviton. No entanto, os físicos sabem um pouco sobre as propriedades que o gráviton deve ter, se estiver lá fora. Por exemplo, acredita-se que não tem massa (como o fóton), deve viajar na velocidade da luz e tem que ser um 'bóson de spin dois', no jargão da física de partículas.

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7. DARK MATTER PARTICLE: A CHAVE PARA MISSING MASS?

Cerca de 90 anos atrás, os astrônomos começaram a notar que há algo engraçado na maneira como as galáxias se movem. Acontece que não há matéria visível suficiente nas galáxias para explicar seu movimento observado. E assim os astrônomos e físicos têm se esforçado para explicar a 'matéria escura' que supostamente compõe a massa ausente. (Na verdade, acredita-se que haja muito mais matéria escura do que matéria comum, em uma proporção de cerca de cinco para um.) De que pode ser feita a matéria escura? Uma possibilidade é que seja feito de partículas fundamentais ainda desconhecidas, provavelmente produzidas nos primeiros momentos após o big bang. Vários experimentos estão em andamento na esperança de encontrar essas partículas.

8. TACHYON: MUDDLER DE CAUSA E EFEITO (E PROVAVELMENTE NÃO REAL)

Desde que Einstein apresentou a primeira parte de sua teoria da relatividade, conhecida como relatividade especial, sabemos que nada pode se mover mais rápido do que a luz. (É normal se mover na velocidade da luz, se você não tem massa - como um fóton.) Os táquions são partículas hipotéticas que sempre viajam mais rápido do que a luz. Desnecessário dizer que eles não combinam muito bem com o que sabemos sobre o funcionamento do universo. Mas na década de 1960, alguns físicos encontraram uma brecha: contanto que a partícula fosse criada acima da velocidade da luz e nunca viajasse mais devagar que a luz, ela poderia teoricamente existir. Apesar disso, os táquions muito provavelmente não são reais. (Houve uma onda de empolgação em 2011, quando cientistas de um laboratório de física de partículas na Itália afirmaram que um certo tipo de neutrino viajava um pouco mais rápido do que a luz; mais tarde, eles admitiram que haviam cometido um erro.) eles poderiam ser usados ​​para enviar sinais ao passado, criando uma confusão de causa e efeito e levando a enigmas famosos como o paradoxo do avô. Mas a maioria dos físicos diz que, no caso improvável de eles existirem, isso não seria um problema porque os táquions não deveriam interagir com a matéria normal (como nós) de qualquer maneira.