Partículas elementares são os menores blocos de construção conhecidos do universo. Pensa-se que eles não têm estrutura interna, o que significa que os pesquisadores pensam neles como pontos de dimensão zero que não ocupam espaço. Os elétrons são provavelmente as partículas elementares mais familiares, mas o Modelo Padrão da física, que descreve as interações entre partículas e quase todas as forças, reconhece 10 partículas elementares totais.
Elétrons e partículas relacionadas
Os elétrons são os componentes com carga negativa dos átomos. Embora sejam consideradas partículas pontuais de dimensão zero, os elétrons são cercados por uma nuvem de outras partículas virtuais constantemente piscando para dentro e para fora da existência, que atuam essencialmente como parte do próprio elétron. Algumas teorias previram que o elétron tem um pólo ligeiramente positivo e um pólo ligeiramente negativo, o que significa que essa nuvem de partículas virtuais deve, portanto, ser um pouco assimétrica.
Se esse fosse o caso, os elétrons poderiam se comportar de maneira diferente do que sua antimatéria duplica, pósitrons, potencialmente explicando muitos mistérios sobre matéria e antimatéria. Mas os físicos mediram repetidamente a forma de um elétron e descobriram que ele era perfeitamente arredondado, com o melhor de seu conhecimento, deixando-os sem respostas para os enigmas da antimatéria.
O elétron tem dois primos mais pesados, chamados múon e tau. Os múons podem ser criados quando os raios cósmicos de alta energia do espaço atingem o topo da atmosfera da Terra, gerando uma chuva de partículas exóticas. Os taus são ainda mais raros e difíceis de produzir, pois são mais de 3.400 vezes mais pesados que os elétrons. Neutrinos, elétrons, múons e taus formam uma categoria de partículas fundamentais chamadas leptons.
Quarks e sua peculiaridade
Quarks, que formam prótons e nêutrons, são outro tipo de partícula fundamental. Juntamente com os leptões, os quarks compõem as coisas que consideramos importantes.
Era uma vez, os cientistas acreditavam que os átomos eram os menores objetos possíveis; a palavra vem do grego "atomos", que significa "indivisível". Por volta da virada do século XX, os núcleos atômicos foram mostrados para consistir em prótons e nêutrons. Então, durante as décadas de 1950 e 1960, os aceleradores de partículas continuaram revelando um bando de partículas subatômicas exóticas, como píons e caos.
Em 1964, os físicos Murray Gell-Mann e George Zweig propuseram independentemente um modelo que pudesse explicar o funcionamento interno de prótons, nêutrons e o restante do zoológico de partículas, de acordo com um relatório histórico do SLAC National Accelerator Laboratory na Califórnia. Residindo dentro de prótons e nêutrons, existem pequenas partículas chamadas quarks, que vêm em seis tipos ou sabores possíveis: para cima, para baixo, estranho, charme, fundo e topo.
Os prótons são feitos de dois quarks up e um quark down, enquanto os nêutrons são compostos de dois downs e um up. Os quarks para cima e para baixo são as variedades mais leves. Como partículas mais massivas tendem a se decompor em partículas menos massivas, os quarks superiores e inferiores também são os mais comuns no universo; portanto, prótons e nêutrons compõem a maior parte do problema que conhecemos.
Em 1977, os físicos haviam isolado cinco dos seis quarks no laboratório - alto, baixo, estranho, charme e fundo -, mas não foi até 1995 que pesquisadores do Laboratório Nacional de Aceleradores Fermilab, em Illinois, encontraram o quark final, o quark superior. Procurá-lo fora tão intenso quanto a caçada posterior ao bóson de Higgs. O quark superior era tão difícil de produzir porque é cerca de 100 trilhões de vezes mais pesado que os quarks, o que significa que exigia muito mais energia para produzir nos aceleradores de partículas.
Partículas fundamentais da natureza
Depois, existem as quatro forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo, gravidade e as forças nucleares fortes e fracas. Cada um deles tem uma partícula fundamental associada.
Os fótons são os mais conhecidos; eles carregam a força eletromagnética. Os glúons carregam a força nuclear forte e residem com quarks dentro de prótons e nêutrons. A força fraca, que medeia certas reações nucleares, é transportada por duas partículas fundamentais, os bósons W e Z. Os neutrinos, que apenas sentem a força e a gravidade fracas, interagem com esses bósons e, portanto, os físicos foram capazes de fornecer evidências de sua existência usando neutrinos, segundo o CERN.
A gravidade é um estranho aqui. Ele não é incorporado ao Modelo Padrão, embora os físicos suspeitem que ele possa ter uma partícula fundamental associada, que seria chamada de graviton. Se existirem gravitons, pode ser possível criá-los no Large Hadron Collider (LHC) em Genebra, Suíça, mas eles desapareceriam rapidamente em dimensões extras, deixando para trás uma zona vazia onde estariam, de acordo com o CERN. Até agora, o LHC não viu evidências de gravitons ou dimensões extras.
O indescritível bóson de Higgs
Finalmente, há o bóson de Higgs, o rei das partículas elementares, responsável por dar a todas as outras partículas sua massa. A caça ao Higgs foi um grande esforço para os cientistas que tentavam concluir seu catálogo do Modelo Padrão. Quando o Higgs foi finalmente descoberto, em 2012, os físicos se alegraram, mas os resultados também os deixaram em um ponto difícil.
O Higgs se parece exatamente com o previsto, mas os cientistas esperavam mais. O modelo padrão é conhecido por estar incompleto; por exemplo, falta uma descrição da gravidade, e os pesquisadores pensaram que encontrar o Higgs ajudaria a apontar para outras teorias que poderiam substituir o Modelo Padrão. Mas até agora, eles apareceram vazios nessa pesquisa.
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