Partículas elementares

Graduado em Física (UFMG, 2011)

A constituição fundamental da matéria é tema que instiga pensadores e filósofos há muito. Já no século V a.C., o grego Demócrito de Abdera especulava sobre a existência de uma partícula elementar, que restaria invicta como última parcela de um corpo que passou por sucessivas divisões. Demócrito designou tal partícula por átomo (palavra grega para indivisível) e lançou as bases para a resposta à indagação milenar sobre de que é feito o mundo.

Da especulação grega à comprovação física, mais de dois mil anos se passaram. As evidências surgiram apenas a partir de 1803, com o trabalho experimental de John Dalton (1766-1844), o primeiro a demonstrar que a matéria era elementarmente constituída de átomos e a propor um modelo atômico.

A concepção do átomo como partícula elementar, porém, mostrou-se efêmera. A descoberta de partículas ainda mais fundamentais foi uma questão de tempo, conforme a investigação científica atingia escalas cada vez menores no estudo da matéria. Em 1897, Joseph Thomson (1856-1940) descobriu o elétron, uma partícula de carga elétrica negativa contida nos átomos, o que demonstrou que também o átomo era uma partícula composta.

No início do século XX, Ernest Rutherford (1871-1937) descobriu o núcleo atômico, uma região de carga elétrica positiva concentrada no interior do átomo, em torno da qual orbitavam os elétrons, dando origem ao atual modelo da estrutura atômica. Em 1920, Rutherford distinguiu o próton. Mais tarde, em 1932, James Chadwick (1891-1974) confirmou, no núcleo do átomo, a presença de uma partícula de carga elétrica nula, o nêutron. Estabeleciam-se, assim, as chamadas partículas subatômicas: elétrons, prótons e nêutrons.

O advento da física quântica introduziu o fóton enquanto partícula elementar mediadora das interações eletromagnéticas. A teoria dos elementos químicos induziu a proposição do neutrino, uma partícula elementar sem carga elétrica e de massa tão pequena quanto à de um elétron. A formulação da mecânica quântica relativística resultou na conclusão de que cada partícula possui uma antipartícula correspondente, com propriedades opostas às da partícula original. Na década de 1930, compreendia-se o mundo como constituído de elétrons, prótons, nêutrons, neutrinos, de suas respectivas antipartículas e de fótons.

Nos anos seguintes, elétrons e neutrinos foram agrupados em uma classe chamada léptons, da qual mais quatro partículas foram descobertas. Os fótons foram incluídos na classe de partículas mediadoras, acompanhados de outras previstas teoricamente. Quanto aos prótons e aos nêutrons, descobriu-se que também eles não eram elementares: constituíam-se de quarks, partículas de carga elétrica fracionária descobertas na década de 1960 pelo físico contemporâneo Murray Gell-Mann.

O estudo da estrutura da matéria ao longo do século XX resultou na construção do Modelo Padrão, corrente teórica predominante na física de partículas desde 1978. De acordo com o modelo, toda a matéria é feita de dois tipos de partículas elementares: as constituintes, denominadas férmions, e as mediadoras, ditas bósons. Os férmions compreendem os léptons e os quarks, dos quais existem 12 e 36, respectivamente. Os bósons, por sua vez, são contados em 12 partículas – dentre as quais, o fóton.

A despeito do grande número de partículas elementares envolvidas, não houve experimento que discordasse das previsões do Modelo Padrão. A quantidade, contudo, leva muitos físicos a indagarem se seria este, de fato, o modelo mais elementar da constituição do mundo, ponderando ser possível que uma estrutura ainda mais simples esteja subjacente ao que prevê a teoria atual.

Referências:

ARANY-PRADO, L. I. À Luz das Estrelas. Rio de Janeiro: DP&A, 2006. p. 76-82.

GRIFFITHS, D. J. Introduction to Elementary Particles. 2. ed. Weinheim: WILEY-VCH, 2008. p. 49-52.

FLORIO, V. Partículas Elementares: as sementes do universo. Disponível em: <http://pre.univesp.br/particulas-elementares#.WkvHVXlryUl>. Acesso em 03 de jan. 2018.

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