Então, existem essas coisas chamadas quarks. (Eu sei, eu gostaria que eles tivessem um nome melhor, mas não sou responsável por nomear coisas na física.) Quarks são pequenas partículas minúsculas (vamos chegar exatamente ao tamanho pequeno daqui a pouco) que são blocos de construção fundamentais de matéria. Até onde sabemos, os próprios quarks não são feitos de nada menor. Isso pode mudar no futuro à medida que aprendemos mais, mas é bom o suficiente por enquanto.
Existem seis tipos de quarks, cada um com nomes diferentes, mas igualmente peculiares: cima, baixo, cima, baixo, estranho e charme. E, apesar do nome, o mais estranho dos sêxtuplos é na verdade o quark superior.
Vamos cavar fundo.
Mundo de cabeça para baixo
De longe, os quarks mais comuns que você encontrará são os de cima e para baixo. Eles são os que se agrupam em trigêmeos para formar prótons (dois altos e um baixo) e nêutrons (dois baixos e um alto). Para formar a carga positiva familiar do próton e a carga neutra no nêutron, os quarks precisam de cargas fracionárias. Eu sei, isso soa estranho, mas é só porque nós pensamento que a carga de prótons e elétrons era fundamental. Acontece que estávamos errados. O quark up tem uma carga de mais de dois terços, enquanto o quark down está sentado com menos um terço.
O que é ainda mais confuso sobre os quarks é que eles são surpreendentemente leves. O quark up é apenas 0,2% da massa do próton, enquanto seu parceiro, o quark down, é apenas cerca de 0,5% da massa do próton. Então, como essas partículas escassas podem adicionar a massa de um próton robusto?
A resposta é a força que une os quarks: a força nuclear forte. Essa ligação entre os quarks é flagrantemente forte - derrotando com facilidade a repulsão elétrica natural dos quarks com carga semelhante. E como energia é a mesma coisa que massa (obrigado, Einstein!), A massa do próton é realmente devida à cola, e não aos quarks.
Viver no topo
Nem todos os quarks são tão grandes. Mas no mundo da física de partículas, grandes são más notícias. Ser maciço é como estar no topo de uma montanha alta e magra. Claro, as vistas são excelentes, mas qualquer sugestão de brisa fará com que você caia para uma posição mais estável. E estável significa pequeno - se você é uma partícula maciça que sofre de instabilidade, rapidamente se transforma em um banho de seus primos menores.
Isso significa que a vida é apenas peachy para os quarks de cima e para baixo. Eles são os menores; portanto, embora não tenham excelentes vistas, não correm o risco de cair de um penhasco existencial. Os próximos maiores quarks, estranhos e encantadores, raramente são encontrados em grande abundância na natureza. Eles são tão maciços que são difíceis de produzir em primeiro lugar e, assim que são fabricados por algum processo exótico, rapidamente se decompõem em algo mais, deixando para trás nada mais que uma memória.
Por um bom tempo, os físicos pensaram que havia apenas esses quatro quarks - alto, baixo, estranho e charme. Mas no início dos anos 70, eles começaram a suspeitar de outra maneira examinando algumas rara deterioração envolvendo caos (e, novamente, não sou responsável por nomear coisas. O caão é uma dupla de um quark estranho e um quark para cima ou para baixo) . Para explicar a estranha deterioração que produziu esses caos, os teóricos tiveram que adivinhar a existência de um novo par de quarks, que eles apelidaram de superior e inferior. Esses novos quarks eram muito, muito mais pesados que os outros quatro (caso contrário, já os teríamos visto).
Depois que o quark nº 5 (parte inferior) ingressou no clube de partículas conhecidas e medidas em 1977, a corrida começou a encontrar a sexta e última (a parte superior). Mas o problema era que ninguém tinha idéia de quão grande era, o que significava que não sabíamos o quão robusto é que tínhamos que produzir nossos aceleradores de partículas antes que pudéssemos disparar um. Todos os anos, grupos em todo o mundo atualizam seus equipamentos, e todos os anos diminuem, empurrando a massa da partícula então hipotética para cima.
Somente em fevereiro de 1995, os pesquisadores do Fermilab puderam finalmente reivindicar a descoberta de um quark superior com uma massa inclinando a balança quase 200 vezes mais que um próton. É isso mesmo: embora os quarks de cima e de baixo mal façam o trabalho de transformar um próton em próton, o quark superior pode facilmente atingir átomos inteiros com facilidade.
Digite o Higgs
O quark superior é cerca de 100 trilhões de vezes mais pesado que o quark up. Isso é bom. Mas por que? Por que os quarks têm uma gama tão imensa de massas?
É aqui que o bóson de Higgs entra. O bóson de Higgs está associado a um campo (o campo de Higgs, como o campo eletromagnético) que permeia todo o espaço-tempo, como uma cola invisível que preenche o universo. Outras partículas fundamentais, como elétrons, neutrinos e quarks, devem nadar através desse campo para ir de um lugar para outro. O próprio fato de as partículas fundamentais não poderem ignorar o campo de Higgs é (através de várias e diversas matemáticas) a razão pela qual elas têm massa.
Ah, uma pista então. Se o Higgs está de alguma forma conectado ao próprio conceito de massa, e o quark superior é, de longe, o mais pesado dos quarks, então o bóson de Higgs e o quark superior devem ser melhor de amigos.
E assim, ao longo dos anos, o quark superior se tornou uma porta de entrada para a nossa compreensão do Higgs, e espera-se que, com um estudo mais aprofundado do próprio Higgs, possamos obter algumas perspectivas sobre a massa misteriosamente grande do quark superior.
Paul M. Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohioanfitrião de Pergunte a um astronauta e Rádio Espaciale autor de Seu lugar no universo.
