As 7 partículas subatômicas mais importantes
Fogo, terra, água e ar. Os filósofos gregos do século 6 a.C.
acreditavam que esses 4 elementos formavam tudo o que existe. E eles não
estavam tão errados assim. Hoje sabemos que você, as pedras, as
estrelas, os seres extraterrestres ou qualquer outra coisa que dê para
imaginar são o resultado de alguns poucos ingredientes, e da forma como
eles interagem entre si.
Olhe para a cutícula na unha do seu dedo indicador. Estique
mentalmente esse pedacinho de pele até que ele fique do tamanho de um
prédio de 100 andares. Se isso acontecesse, o átomo ficaria com a
espessura de uma folha de papel. Acredite se quiser, nesse espaço exíguo
cabe um universo:
o mundo quântico, habitado pelas partículas subatômicas. Se existe algo
que pode ser chamado de elemento fundamental da natureza, não é terra,
nem água, nem átomo, nem próton ou nêutron, e sim essas partículas. Duas
delas, os quarks e elétrons, formam toda a matéria que você vê. Outras 4
são bloquinhos de energia pura e trabalham pra manter os quarks unidos,
deixar seu corpo no chão, iluminar as coisas…
Também existe um patinho feio nessa história: o neutrino,
uma partícula sem casa, que vive do lado de fora dos átomos. E que
atravessa seu corpo o tempo todo sem deixar vestígios. Nosso mergulho no
mundo subatômico começa por ele. E termina numa enrascada que faz a ciência de hoje parecer tão limitada quanto as ideias dos filósofos gregos.
1. Neutrino
Em 1 segundo, mais de 120 bilhões de partículas minúsculas e quase
sem massa terão atravessado seus olhos a uma velocidade próxima a 300
mil quilômetros por segundo. E, até o final desta reportagem, cerca de
10 milhões delas serão criadas dentro de você. Sabe qual o efeito de
toda essa atividade? Praticamente nenhum. Isso porque o neutrino,
a forma de matéria mais leve que existe, interage tão pouco com as
outras coisas que é chamado de partícula fantasma. Ele surge dentro do
núcleo atômico, quando um próton se transforma em nêutron (ou
vice-versa). Isso acontece nos átomos de hidrogênio do Sol. E dentro de
você também. Certos átomos de potássio que formam seu corpo estão
emitindo neutrinos agora mesmo. Mas ele não vem do nada, claro: é que
sempre sobra alguma energia quando essas transformações acontecem. Essa
força, segundo Einstein, se converte em massa, e o processo dá origem,
entre outras coisas, a um novo e levíssimo neutrino. Mas nem todos os elementos que formam o Universo são tão fantasmagóricos e anti-sociais. Um deles, pelo contrário, é bem interativo. O nosso número 2.
2. Elétron
O neutrino está vagando por aí, solto pelo espaço. Já o elétron,
seu primo mais gordo, também é meio nômade, mas costuma morar numa
espécie de habitat natural: a periferia do átomo. E a perifa do átomo,
também conhecida por eletrosfera, é gigantesca. Se o núcleo do átomo
fosse do tamanho de uma bola de futebol, o “pedaço” habitado pelos
elétrons seria do tamanho de um estádio. Apesar de terem massa
desprezível, os elétrons são os responsáveis pelas maravilhas da
civilização: chocam-se contra a tela da TV e acendem a imagem, movem-se
no filamento da lâmpada e produzem luz, espremem-se contra o fundo do
ferro de passar e produzem calor, transformam em dados as batidas do
teclado de quem escreveu este texto e alimentam a gráfica que imprimiu a
revista. O elétron foi
a primeira partícula subatômica a ser descoberta, em 1897, e a única da
“velha geração” que continua a ser fundamental. Diferentemente dos
pesadões próton e nêutron, que já foram tidos como elementos
fundamentais, mas acabaram rebaixados. Eles são feitos de outras
partículas, encontradas em 1964. Os…
3. Quarks
“Três quarks para muster mark.” Foi dessa frase do livro Finnegann’s
Wake, do irlandês James Joyce, que o físico Murray Gell-Mann tirou o
nome dos blocos de partículas formadores de prótons e nêutrons. Um nome
que não significa nada. Mas os quarks significam muito: eles são os
tijolos que a natureza usa para construir prótons e nêutrons, as
superpartículas que formam o núcleo atômico. Cada uma delas é feita de 3
quarks. Pudera: eles são como uma panelinha de amigos fiéis. Existem só
em grupos de 3 – ninguém nunca observou um quark sozinho
em laboratório – e possuem um tipo de “carga elétrica” denominada cor,
que pode ser azul, vermelha ou verde. Dentro de suas panelinhas, eles
ficam trocando de cor (ou carga) o tempo todo, como modelos trocando
loucamente de vestido, num desfile frenético dentro do átomo. Os quarks
estão confinados dentro de seu grupo por uma força absurdamente alta,
que os puxa violentamente de volta cada vez que eles tentam abandonar a
turma. E essa força também é formada por uma partícula. É o…
4. Glúon
Os glúons são como estilistas de quark no desfile subatômico. Eles ficam circulando de um quark a
outro dentro da panelinha e são os responsáveis pela troca da cor dos
vestidos. Essas partículas funcionam como uma espécie de mola, que deixa
os quarks livres quando estão próximos ao centro do grupo, mas os puxam
de volta com muita força quando eles se afastam. A força formada pelo glúon é a mais poderosa do Universo,
quase infinitamente mais forte do que a gravidade que nos une ao chão.
Responde pelo nome de força nuclear forte e mantém o núcleo do átomo
coeso. Mas às vezes o elástico arrebenta, e o núcleo do átomo se desfaz.
Esse processo é chamado fissão nuclear, quando o átomo é partido em
dois, ou de decaimento radioativo, quando pedaços do núcleo atômico se
soltam, espalhando-se por aí. Essa bagunça atômica, a radioatividade, é
causada por partículas desordeiras, verdadeiras destruidoras de átomo.
São os nada famosos…
Essas partículas são como valentões de colégio: grandes e pesadas,
passam a vida tratando a cotoveladas os quarks, elétrons e neutrinos. A
gangue da força fraca é formada por 3 integrantes: os bósons W-, W+ e Z,
todos eles com mais de 86 vezes o peso de um próton inteiro. Eles tocam
o verdadeiro terror dentro do núcleo, chegando até a expulsar
partículas de dentro dos átomos mais pesados (daí a radiação). Apesar da
violência, essa força é menos intensa que a nuclear forte, cerca de 100
mil vezes mais poderosa. É por causa disso que os valentões ganharam o
apelido de “força fraca”. Na realidade, a gangue da força fraca é uma
dissidência de outro bando, muito maior e mais poderoso. No início do Universo,
eles estavam associados a outras partículas, com as quais compunham uma
força chamada de eletrofraca, que não existe mais. Bilhões dessas
antigas companheiras da força fraca saltam desta página direto para os
seus olhos a cada segundo. Estamos falando do radiante…
6. Fóton
O sinal da TV, do rádio, do celular, os raios X, a força que prende o
ímã da pizzaria na sua
geladeira. Tudo isso é composto de fótons. Eles
são mais conhecidos como as partículas que formam a luz visível. Mas
essa é só uma de suas atribuições. O que o fóton faz
é carregar a 2ª força mais poderosa do Cosmos: a eletromagnética,
bilhões e bilhões de vezes mais poderosa que a gravidade e apenas 100
vezes menos intensa que a nuclear forte. O que você entende como toque é
nada mais que a repulsão eletromagnética entre o papel e a sua pele.
Uma repulsão que acontece por causa dos fótons que sua mão e a revista
trocam quando se aproximam. Pense nisso quando fizer sexo: tudo o que
você sente ali é uma grande troca de fótons… Bom, de quebra, a força
eletromagnética também é a principal responsável por manter os elétrons
em torno do núcleo. E é ela que comanda as ligações químicas dos átomos e
moléculas. Ufa! Mas existe outra força por aí. Justamente a que você
mais percebe no dia-a-dia. É a velha gravidade, que seria o produto do…
7. Gráviton
Dissemos “seria” porque, acredite se quiser, a força que empurrou a
maçã na cabeça de Newton e que mantém a Terra orbitando em torno do Sol
ainda não é compreendida pela física quântica, para a qual toda força é
feita de alguma partícula de energia. A responsável pela gravidade tem
até nome: gráviton. Mas, quando os físicos tentam espatifar átomos em aceleradores de partículas para analisar o que sai lá de dentro, cadê o gráviton?
Ninguém sabe, ninguém viu. Ele continua sendo uma hipótese e um buraco
no chamado Modelo Padrão, a teoria da física que explica tudo o que você
viu aqui. Na verdade, o gráviton pode
ser o calcanhar-de-aquiles da física. Há quem diga que só vai ser
possível entender a gravidade se olharmos ainda mais fundo na matéria.
Para que a maçã de Newton faça sentido, talvez seja necessário pisar num
mundo ainda mais misterioso que o da mecânica quântica: o das
supercordas – entidades fantasmagóricas que viveriam num mundo de 11
dimensões e estariam, segundo alguns teóricos, por trás dos 7 elementos.
Mas isso é assunto para outra reportagem.
Bônus: Bóson de Higgs
A tal “partícula de Deus”, uma das protagonistas da história da
ciência em 2012, também é fundamental para a composição do universo. Mas
atua nos bastidores. Sem ela, as partículas de matéria como os quarks e
elétrons não teriam massa. Sem massa, as partículas não formariam
átomos e, bem… os átomos não formariam você (entenda melhor aqui).
A experiência que tornou público este milagre da ciência causou muito
barulho. É que só faltava provar a existência desta partícula para que o
Modelo Padrão fosse totalmente comprovado, apesar da controvérsia do
gráviton. Um grande salto para o homem, mas um passo minúsculo para o
universo. A “descoberta” do bóson de Higgs explica 4,6% de tudo o que
existe. Falta o resto.
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