Partículas subatômicas

Entre as denominaþ§es escolhidas para os n·meros quÔnticos que definem as partÝculas subat¶micas conhecidas como quarks, hß termos que parecem ins¾litos no contexto do trabalho cientÝfico. Os fÝsicos falam em quark estranho, charmoso, do topo e do fundo. Isso dß uma idÚia das propriedades singulares desses corp·sculos de dimens§es inferiores Ós de um ßtomo, que constituem as menores entidades materiais conhecidas atÚ o fim do sÚculo XX.
PartÝculas subat¶micas, tambÚm chamadas partÝculas elementares, sÒo as unidades fundamentais da matÚria e da energia. Quase todo o conhecimento sobre a existÛncia e propriedades das partÝculas subat¶micas foi adquirido somente a partir do final do sÚculo XIX e, desde entÒo, jß se comprovou a existÛncia de mais de 200 partÝculas e estabeleceram-se in·meras leis que governam suas inter-relaþ§es. A grande quantidade de partÝculas e a complexidade das equaþ§es matemßticas que predizem seu comportamento levou os cientistas a buscarem teorias unificadoras capazes de simplificar o estudo da estrutura bßsica do universo.

Estrutura at¶mica e forþas nucleares. Durante sÚculos acreditou-se que os ßtomos fossem os componentes bßsicos da matÚria. Em 1897, porÚm, Joseph John Thomson descobriu o elÚtron, a primeira partÝcula elementar, que atua nas reaþ§es quÝmicas mais comuns. Pouco depois, em 1911, descobriu-se o n·cleo at¶mico. Ficou claro, entÒo, que o ßtomo era um sistema composto, formado de uma nuvem de elÚtrons que gira em torno de um centro min·sculo e pesado, o n·cleo at¶mico.
Posteriormente, verificou-se que a nuvem de elÚtrons se compunha de diferentes estados ou nÝveis de energia. Os elÚtrons podem saltar para estados inferiores e emitir energia em forma de pacotes ou quanta de luz: os f¾tons. Assim, no fim da dÚcada de 1920, a teoria at¶mica jß descrevia elÚtrons, n·cleos e f¾tons como partÝculas elementares e concluÝa que elÚtrons e n·cleos se mantinham juntos e formavam os ßtomos por meio da forþa eletromagnÚtica existente entre eles.
No inÝcio da dÚcada de 1930, comprovou-se que o pr¾prio n·cleo se compunha de partÝculas ainda menores, genericamente denominadas n·cleons. Alguns n·cleons tinham carga de energia positiva, enquanto outros apresentavam carga nula: foram chamados, respectivamente, pr¾tons e nÛutrons. De acordo com as leis da mecÔnica quÔntica, introduzida em 1926, concluiu-se que os n·cleons se mantinham juntos por meio de uma intensa forþa nuclear, que s¾ atuava quando as partÝculas estavam separadas por distÔncias Ýnfimas, da ordem de 10-13cm.
A mecÔnica quÔntica tambÚm permitiu explicar o fen¶meno da radiaþÒo beta. Nesse tipo de radiaþÒo, o n·cleo, por emissÒo de um elÚtron e de uma partÝcula neutra de pequena massa, sofre transiþÒo para um estado de energia mais baixa. A partÝcula emitida, chamada neutrino, Ú dificilmente detectada porque sua interaþÒo com a matÚria Ú muito fraca.

Descoberta de novas partÝculas. Em meados da dÚcada de 1960, pesquisas revelaram que tambÚm os pr¾tons e nÛutrons, partÝculas formadoras do n·cleo dos ßtomos, compunham-se de partÝculas ainda menores: os quarks. Durante a dÚcada de 1980, muitos fÝsicos acreditavam que os quarks, juntamente com outra classe de partÝculas subat¶micas conhecidas como lÚptons, constituÝam os blocos construtores fundamentais de toda matÚria.
Compostos de partÝculas com massa, carga elÚtrica e spin semi-inteiro (spin Ú a medida da rotaþÒo de uma partÝcula), os quarks foram divididos em seis variedades. Apenas duas delas, conhecidas como up (alto) e down (baixo), ocorrem nos pr¾tons e nÛutrons da matÚria comum. TrÛs outros tipos de quarks, qualificados de strange (estranho), charm (charme) e bottom (fundo), existem apenas em partÝculas instßveis, que se desintegram espontaneamente em alguns centÚsimos-milionÚsimos de segundo ou em tempo ainda menor. O sexto tipo, o top (topo), Ú o mais pesado dos quarks e, portanto, o que apresenta maior dificuldade para ser produzido experimentalmente. Sua existÛncia s¾ foi experimentalmente comprovada em 1995. O top quark existiu provavelmente somente no primeiro bilionÚsimo de segundo do cosmos.
As partÝculas formadas de quarks sÒo chamadas genericamente de hßdrons. Aquelas em que tanto o pr¾ton como o nÛutron sÒo formados por trÛs quarks se chamam bßrions. Outras partÝculas formadas por um quark e um antiquark denominam-se mÚsons.
Encontram-se igualmente vßrios tipos de lÚptons, dos quais o mais conhecido Ú o elÚtron. Outros lÚptons de maior massa sÒo os m·ons e a partÝcula tau. Um terceiro grupo importante de partÝculas subat¶micas Ú constituÝdo pelos b¾sons. Ao contrßrio dos quarks e lÚptons, os b¾sons nÒo sÒo construtores de matÚria, mas transmissores das forþas fundamentais do universo: a forþa eletromagnÚtica, a forþa gravitacional e as forþas forte e fraca que atuam no ßtomo.
A forþa "eletrofraca", unificaþÒo da forþa fraca com a eletromagnÚtica, se mantÚm porque lÚptons e seus neutrinos associados emitem e absorvem partÝculas com massa e carregadas, conhecidas como b¾sons W. Acredita-se que uma outra partÝcula chamada b¾son Z, que tem massa mas Ú eletricamente neutra, Ú tambÚm substituÝda durante a interaþÒo.
Outros b¾sons incluem os gl·ons, transmissores da interaþÒo forte, que liga os quarks para formar os hßdrons. Os gl·ons nÒo tÛm massa e viajam Ó velocidade da luz. AlÚm disso, se multiplicam ao viajarem de um quark a outro e, dessa forma, aumentam a intensidade da forþa que transmitem. Quanto maior o n·mero de gl·ons trocados entre os quarks, maior se torna a forþa de ligaþÒo.