Partículas elementares
Os constituintes fundamentais de toda a matéria no universo.
Até à descoberta do electrão, por J. J. Thomson em 1897, considerava-se
que os átomos eram os constituintes fundamentais da matéria. Esta
descoberta, e a descoberta de Rutherford do núcleo atómico e do protão,
em 1911, provou que os próprios átomos não são elementares, no sentido
em que possuem uma estrutura interna. A descoberta do neutrão por
Chadwick, em 1932, completa o modelo atómico que se baseia num núcleo
formado por protões e neutrões, rodeado por electrões em número suficiente para equilibrar a carga nuclear. Contudo, não explica a grande
estabilidade do núcleo, que não pode manter-se coeso por interacção
electromagnética, visto que os neutrões não têm carga eléctrica. Em 1935,
Yukava sugeriu que as forças de troca, que os mantêm ligados entre si,
envolvem partículas de curta duração chamadas mesões, que saltam de um
protão para um neutrão e de novo para um protão. Este conceito conduziu à
descoberta de interacções fortes, elevando o total de *interacções
fundamentais para quatro. Também conduziu à descoberta de umas 200
partículas «elementares» de curta duração, algumas das quais são
claramente mais elementares do que outras. Numa classificação corrente
reconhecem-se duas classes principais de partículas:
os *leptões (electrões, muões, neutrinos, partículas tau), que interagem
entre si quer por interacções electromagnéticas ou por interacções fracas , e
não apresentam estrutura interna aparente; os *hadrões (nucleões, piões,
etc.), que interagem por interacções fortes, e têm estrutura interna
complexa.
A estrutura do hadrão baseia-se correntemente no conceito de Murray
Gell-Mann de quark apresentado em 1964. Neste modelo, os hadrões
estão divididos em bariões (que decaem para protões) e em mesões que
decaem para leptões e fotões. Os bariões são formados por três quarks, e os
mesões por dois quarks (um quark e um antiquark). Na teoria dos quarks
as partículas verdadeiramente elementares são os leptões e os quarks. Ao
contrário dos electrões e protões, que têm carga exactamente igual mas de
sinal oposto, os quarks têm cargas que são fracções da carga electrónica
(+2/3 ou -1/3 da carga do electrão).
As interacções fortes entre os quarks q é visualizada quando ocorrem
trocas dos oito tipos de partículas sem carga e sem massa em repouso,
chamadas gluões (porque aglutinam os quarks). Embora os
gluões, como os fotões, que desempenham uma função idêntica
entre os leptões. não tenham carga eléctrica, têm uma cor de
carga. Cada gluão transporta uma cor e uma anticor. Há nove
pares cor-anticor, mas um é excluído porque é equivalente ao
branco. Numa interacção, um quark pode mudar a sua cor, mas
todas as mudanças de cor são acompanhadas pela emissão de um
gluão. Este gluão é absorvido por outro quark, cuja cor muda
para compensar a mudança inicial. Por exemplo, se um quark
vermelho muda para verde, emite um gluão que produz as cores
vermelha + antiverde. Quando estas são absorvidas por um quark
verde, o verde do quark e o antiverde do gluão aniquilam-se,
deixando o segundo quark com a cor vermelha adquirida pelo
gluão. A mudança pura é nula porque como resultado da interacção há ainda um quark verde e um quark vermelho. Contudo
todos os ha drões permanecem brancos, mesmo que se movam
quarks de cor de um ponto para outro. Uma força forte pode ser
encarada como um sistema de interacções necessárias para
manter esta condição. Toda a teoria elaborada dos quarks está
actualmente bem estabelecida por provas circunstanciais, mas
como nem os quarks nem os gluões foram alguma vez
identificados experimentalmente, a teoria não reivindica ter sido
verificada directamente. Os quarks isolados têm uma propriedade
curiosa, têm muito mais massa que os hadrões que habitualmente
formam (devido à energia potencial que eles possuem quando
separados), e alguns teóricos crêem que é uma consequência de
ser impossível para eles existirem isolados. Contudo. algumas
experiências têm revelado resultados consistentes da presença de
cargas fraccionárias que existirão em quarks não ligados.
Retirado de
Alan Isaacs, Dicionário Breve de Física, Editorial Presença, Lisboa, 1996