Menores que o átomo?
Desde que foi proposta por Demócrito, o conceito de átomo (palavra grega que significa indivisível) perdurou por cerca de dois mil anos, como as menores unidades construtoras da natureza.
Com o avanço da ciência, foi percebido que havia unidades menores ainda e que compunham a estrutura do átomo.
Através do conhecimento dos prótons, nêutrons e elétrons pudemos entender os diferentes tipos de átomos existentes e suas propriedades, o que originou a estrutura atual da tabela periódica, contendo 118 elementos.
Menores ainda?
Com o desenvolvimento da mecânica quântica, aprendemos que existem partículas ainda menores que prótons e nêutrons e que constituem o atual sistema de blocos construtores do Universo.
Prótons e nêutrons são formados a partir de dois tipos de quarks, chamados “up” (u) e “down” (d).
Os prótons contêm dois quarks “up” e um “down”, enquanto os nêutrons possuem dois quarks “down” e um “up”.
Assim, dos mais de cem elementos da tabela periódica, podemos reduzir essa quantidade para quatro: elétron, quark up, quark down e neutrinos – que apesar de não existir no átomo, ele é emitido quando há um decaimento radioativo durante formação de novos átomos, por exemplo, no processo onde átomos de hidrogênio se fundem para criar hélio.
Esse grupo de quatro partículas explica praticamente tudo do que conhecemos na natureza, contudo esse padrão de partículas se repete mais duas vezes com as mesmas propriedades e cargas do primeiro grupo, mas com massas diferentes. E ainda não sabemos o porquê!
Essas partículas são divididas em dois grupos quarks e léptons – figura abaixo, havendo seis tipos de partículas em cada um dos grupos.
Mesmo havendo vários quarks e léptons, toda matéria do universo parece ser constituída dos dois quarks menos massivos (up e down) e também do lépton mais leve (elétron), além do elétron neutrino.
Além disso, para cada partícula temos sua correspondente antipartícula, ou seja, que possuem a mesma massa, mas cargas opostas.
Sempre que uma partícula e sua antipartícula se encontra, elas se destroem.
Teoricamente partículas e antipartículas são produzidas juntamente e o fato de matéria ainda existir atualmente é um grande mistério, pois algo deve ter acontecido durante a formação do Universo que impediu que toda a matéria que existe fosse destruída.
As forças que unem tudo!
No Modelo Padrão, há quatro forças através das quais as partículas interagem umas com as outras e são chamadas de Forças Fundamentais. Estas forças são:
Força eletromagnética
A força eletromagnética é responsável por causar atração e/ou repulsão entre cargas.
No dia a dia, o atrito é causado por interações eletromagnéticas entre as partes.
Além disso, essas interações são o que permitem as ligações que existem entre os átomos para formar moléculas e compostos que compõe tudo a nossa volta.
Os fótons são os portadores dessa força.
Força nuclear forte
Esta força é responsável por impedir que o núcleo atômico se desfaça, pois sabemos que cargas de sinais iguais se repelem, logo ela é responsável por garantir que os prótons (positivamente carregados) permaneçam todos juntos no núcleo.
A força nuclear forte é responsável por garantir que os quarks que formam os prótons fiquem em seus lugares.
E o portador dessa força é chamado de glúon, do inglês glue que significa cola, justamente por sua função.
Força nuclear fraca
A força fraca está envolvida no decaimento de nêutrons para se tornar prótons e os portadores dessa força são os bósons (W e Z), que possuem uma vida média de 3×10-25 s – pelo princípio da incerteza e sua faixa de atuação é limitada a 10-18 m, cerca de mil vezes menor que o diâmetro de um núcleo atômico.
Esta é a única força que afeta os neutrinos.
d → u + W → u + e + νe
Força gravitacional
A força gravitacional também tem sua representação no mundo das partículas, o gráviton, assim como temos o fóton para a força eletromagnética, o glúon para a força nuclear forte e os bósons W e Z para a força nuclear fraca.
Os grávitons ainda não foram observados de modo explícito, mas é esperado que sejam partículas sem massa.
Esta é a mais fraca das forças fundamentais, pois, por exemplo, a força elétrica entre dois elétrons é cerca de 1040 vezes mais forte do que a força causada pela atração gravitacional.
Por isso que ela é normalmente desconsiderada no mundo de partículas.
Fonte
Baumann, Daniel. Concepts in Theoretical Physics – Part IA Mathematical Tripos
