Quarks

Quais são as partículas fundamentais da matéria? Até bem pouco tempo, cerca de meio século atrás, acreditava-se que a matéria era composta principalmente por prótons, nêutrons e elétrons. Porém o estudo das radiações nucleares e de choques entre partículas revelava diversos novos componentes da matéria. Como reunir essas partículas recém descobertas em uma única teoria?

Quarks de um próton. Ilustração: Arpad Horvath / Wikimedia

Quarks de um próton. Ilustração: Arpad Horvath / Wikimedia

Os elétrons, que orbitam ao redor do núcleo atômico, possuem carga negativa e igual a -1 e-. Os prótons possuem carga positiva igual a +1 e- . Já os nêutrons, como o nome sugere, têm carga neutra. No entanto, a massa do elétron é bem inferior às massas de nêutrons e prótons. Isto despertou a suspeita de que essas partículas nucleares fossem compostas por outras. A partir da análise de diversas colisões e novos componentes dos átomos como neutrinos e glúons, por exemplo, foi sugerido que o núcleo seria composto fundamentalmente por Quarks.

O nome foi sugerido a partir de um trecho do livro Finnegans Wake, de James Joyce, em que um personagem diz a frase: “Three quarks for Muster Mark” - “Três quarks para o Mestre Mark”, em inglês. Tal frase, no idioma original, é um trocadilho com o quart, uma medida de capacidade. A escolha de tal nome é apropriada porque os quarks nunca são detectados separadamente, mas em grupos de três. Um próton, por exemplo, é composto por três quarks.

Os quarks possuem duas propriedades importantes, o sabor e a cor. Os nomes destas propriedades não tem nada a ver com as propriedades de alimentos e objetos macroscópicos, são apenas analogias. Como um biscoito pode ter dois sabores, morango e chocolate por exemplo, os quarks podem assumir 6 sabores, top (t), bottom (b), charm (c), strange (s), up (u) e down (d). Apenas os quarks up e down estão presentes nos prótons e nos nêutrons. Os sabores top, bottom, charm e strange foram descobertos em experiências utilizando aceleradores de partículas.

Dois quarks juntos formam mesóns. Já a união de três quarks formam bárions, como aqueles que compõem o núcleo atômico.

Em analogia a um sistema de cores, os quarks possuem três propriedades chamadas de cores, que podem assumir os valore red (vermelho), green (verde) e blue (azul). A propriedade cor não é estática. Os quarks interagem entre si e mudam de cor dinamicamente através dos glúons. Esta interação é que permite que os quarks permaneçam juntos, colados. Dai o nome da partícula intermediadora chamada glúon, que vem de glue (cola em inglês). O estudo dessas interações é chamado de cromodinâmica quântica.

No princípio houve uma grande dificuldade teórica em acreditar que os quarks realmente existiam, pois eles são detectados em conjunto, formando novas partículas. Também por esse motivo é extremamente difícil medir experimentalmente a massa do quark. Essa massa varia de acordo com o sabor do quark e está listada a seguir:

  • Quark u: entre 1.7 e 3.3 MeV
  • Quark d: entre 4.1 e 5.8 MeV
  • Quark b: 1270 MeV
  • Quark t: 101 MeV
  • Quark c: 172 GeV
  • Quark s: 4.19 GeV

As massas acima referem-se a massa estimada dos quarks isolados, ou seja, separado das partículas que poderiam compor.

Como vimos os quarks são elementos fundamentais e extremamente importantes para compor a matéria e faz parte dos principais modelos teóricos que explicam o Universo.

Fontes:
http://www.on.br/ead_2013/site/conteudo/cap9-forcas/particulas.html
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/quark.html
Ilustração: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quark_structure_proton.svg

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