quinta-feira, 23 de abril de 2015

Os 7 elementos do universo

Física 12 de março de 2015 Lucas

Zilhões de partículas se movendo freneticamente dão forma a tudo o que vemos nesse mundo. Essas partículas, estudadas pela física quântica e que vão muito além do átomo uma vez pensado para ser indivisível, são tão pequenas que desafiam nossa compreensão. Nesse artigo, vamos explicar os constituintes básicos do universo – e o que realmente pode ser chamado de fundamental.

1. Neutrino

A cada segundo, cerca de centenas de bilhões de partículas praticamente sem massa atravessam seu corpo quase na velocidade da luz. O efeito disso tudo? Praticamente nulo. Acontece que essas partículas fantasmagóricas chamadas neutrinos quase não interagem com a matéria comum. Também são partículas neutras (sem carga elétrica).

Neutrinos surgem no núcleo do átomo, quando um próton se transforma em um nêutron ou vice-versa. Isso acontece a todo instante nos átomos de hidrogênio de estrelas como o Sol, e dentro de cada de um nós.

2. Elétron

O elétron, diferentemente do “nômade” neutrino, tem seu “habitat natural”: é a periferia do átomo, também conhecida como eletrosfera. Acontece que o átomo é 99,99% de espaço vazio. Se aumentarmos o tamanho do núcleo de um átomo para o tamanho da cabeça de um alfinete, todo o átomo teria aproximadamente o tamanho de um grande estádio de futebol.

Essas partículas, descobertas em 1897, possuem massa desprezível, mas não podemos dizer o mesmo de sua utilidade. Quando se chocam contra a tela da TV, criam uma imagem; quando movem-se no filamento da lâmpada, a mantém acesa; quando se espremem contra o fundo do ferro de passar, produzem calor; e transformam em dados as batidas do seu teclado.

3. Quarks

Quarks são as partículas que formam os prótons e nêutrons (as superpartículas que formam o núcleo do átomo). Cada próton e nêutron é formado por 3 quarks. Na verdade, os quarks são como amigos inseparáveis – só andam em grupos de 3 (ninguém nunca viu um quark solitário em laboratório) e possuem uma “carga elétrica” chamada cor, que pode ser azul, vermelha ou verde. Dentro desse grupo, eles trocam de carga (cor) todo instante em um desfile frenético dentro do átomo. Os quarks são mantidos nesses grupos por uma força incrível, que os puxa de volta sempre que eles tentam se separar. É a chamada força nuclear forte, que também é formada por uma partícula: o glúon.

Obs: Os prótons possuem carga elétrica positiva, e os elétrons negativa. Os nêutrons são desprovidos de carga elétrica, pois não apresentam efeitos elétricos.

4. Glúon

Glúons ficam circulando de um quark a outro dentro do grupo e são responsáveis pela troca de carga. Funcionam como uma mola – deixa os quarks livres quando estão próximos, mas os puxa violentamente quando se afastam.

A força nuclear forte, formada pelos glúons, é a mais forte do universo – muito, mas muito mais forte do que a gravidade que nos mantém presos ao chão. Essa força é responsável por manter o átomo (e, por consequência, tudo o que existe no universo) coeso. Apesar de muito forte, não é uma força infalível – a mola pode arrebentar. Quando isso acontece, temos a fissão nuclear (um átomo é dividido em dois), ou o decaimento radioativo (quando os pedaços do núcleo atômico se soltam e se espalham). Toda essa desordem, popularmente conhecida como radioatividade, é formada por partículas bagunceiras, as destruidoras dos átomos. São os pouco conhecidos bósons da força fraca.

5. Bósons da força fraca

São partículas grandes e pesadas, e “inimigas” dos quarks, elétrons e neutrinos. São formadas por 3 elementos: os bósons W-, W+ e Z – todos mais de 86 vezes mais pesados que um próton. Eles podem até mesmo expulsar partículas de dentro dos átomos mais pesados (quando isso acontece, temos a radiação). Felizmente, essa força é menos intensa que a nuclear forte (cerca de 100 mil vezes mais fraca). Por isso foi chamada de “força nuclear fraca” (ainda assim, é mais forte que a gravidade).

6. Fóton

Também chamados de partículas de luz, os fótons formam a luz visível. Além disso, essas partículas sem massa carregam a força eletromagnética, a segunda mais forte do universo (apenas 100 vezes mais fraca que a força nuclear forte e bilhões de vezes mais intensa que a gravidade).

Se você já leu o artigo “Você sabia que é fisicamente impossível encostar em algo ou alguém?“, sabe que o toque em algo ou alguém não é nada mais do que a repulsão eletromagnética entre sua mão (ou qualquer parte do corpo) ao outro objeto (ou pessoa). Então, da próxima vez que fizer sexo, lembre-se que tudo o que está acontecendo é na verdade uma troca de fótons.

Enfim, a força eletromagnética é também responsável por manter os elétrons em torno do núcleo do átomo. Ela é também responsável por gerir as ligações químicas dos átomos e moléculas.

7. Gráviton

Já falamos sobre 3 forças fundamentais da natureza (o eletromagnetismo, a força nuclear forte e a força nuclear fraca). Ainda falta a última – a gravidade. Força tão bem explicada pela relatividade de Einstein é a pedra no sapato dos físicos quânticos. Acontece que, para a mecânica quântica, todas as forças são feitas por alguma partícula de energia. Físicos até teorizaram a partícula responsável pela gravidade – o gráviton -, mas ele nunca foi descoberto. Continua sendo a peça faltando no Modelo Padrão, que explica tudo o que já abordamos aqui e mais um pouco.

Há quem diga que para completar esse quebra-cabeça (e, de quebra, conciliar a física quântica com a relatividade de Einstein, duas teorias incompatíveis), é preciso ir além e entrar em um mundo ainda mais misterioso e estranho que o quântico – o das supercordas, que são entidades teóricas ainda mais fundamentais que tudo o que vimos aqui e que dizem que estamos vivendo em um universo com 11 dimensões. Seja como for, é um assunto para outro dia. [PBS, UniverseToday, HyperPhysics, WiseGeek, Physics, io9]