Zoológico de Partículas: Viagem para o Estranho Mundo Subatómico

Para ir a uma terra extraordinária cheia de maravilhas e segredos, não precisa se arrastar com um armário encantador, montar um animal voador que não deveria conseguir voar ou pular descuidadamente com um local numa medida adicional. Não, tudo o que precisa fazer é abrir o acelerador de partículas e olhar para baixo, para baixo, para baixo.

No grau subatómico, a verdadeira variedade e elegância da natureza aparecem na tela completa, com uma seleção excessiva de bits, forças e campos todos zunindo e zumbindo, regulados por regulamentos quase inescrutáveis ​​da física. No entanto, de alguma forma, em vez de produzir uma desordem caótica, todas as suas comunicações complexas criam o globo macroscópico regular, organizado e padronizado com o qual estamos familiarizados.

Pode-se entender esse pequeno mundo como segregado numa hierarquia rigorosa, com linhas claras entre os líderes e os governados, entre aqueles que descansam confortavelmente nos seus castelos estáveis ​​e os camponeses humildes que fazem o trabalho. As interações entre os numerosos cidadãos são gravadas em pedra por regulamentos inalteráveis: há um espaço para todos e todos pertencem.

É excelente ser o rei

No centro de tudo isso está uma das partículas estáveis ​​mais massivas: os quarks up e down. A sua durabilidade permite que eles se liguem uns aos outros em cidadelas quase inexpugnáveis: os castelos de núcleos conhecidos como protões e neutrões. No entanto, não são os próprios quarks que fazem o trabalho de manter esses castelos nucleônicos. Sem dúvida, a massa consolidada de todos os quarks num núcleo é muito menor do que a massa de um protão ou neutrão.

Em vez disso, os quarks anteriores e posteriores estão imbuídos de uma capacidade excecional não conhecida pelos outros fragmentos no reino. Eles podem sentir a forte força nuclear. Essa é, de longe, uma das pressões mais eficazes, colar os quarks uns com os outros de forma tão extrema que um solitário nunca pode ser visto sozinho. Essa interação desenvolve a espinha dorsal não detetada do nosso mundo macroscópico. Tomamos protões e neutrões como fornecidos; é precisamente assim que eles constroem as superfícies das paredes do castelo com firmeza. E as suas massas são principalmente devido à resistência das suas ligações nucleares internas, ao contrário dos quarks privados.

A força nuclear forte não para no nível de protões e neutrões. O adesivo que une os quarks, governando todos os outros fragmentos, é tão dominante que pode reunir alguns castelos numa fortaleza durável conhecida como núcleo atómico. Embora essa estrutura não seja inexpugnável como os próprios protões e neutrões, derrubar um núcleo ainda requer uma enorme iniciativa.

Ainda assim, com todo o seu poder orgulhoso, o alcance do aperto de vício dos quarks é restrito a seu castelo específico e ambientes próximos. Isso ocorre porque a força forte, com toda a sua resistência, é drasticamente limitada na matriz. É isso que define a dimensão das fortalezas, castelos e fortalezas que identificamos como os núcleos do nosso globo. 

Trabalhando no campo

Após esse arranjo mínimo, os quarks mantêm os seus domínios sob controlo e se comunicam uns com os outros usando os portadores imperiais, os fótons. Esses agentes rápidos saltam de um local para outro no espaço profundo, nunca se cansando. Eles trazem a força eletromagnética, energia elétrica, magnetismo e luz para qualquer partícula com um custo elétrico. Este impacto se estende por todos os universos, embora obviamente, quanto mais longe estiver da fonte, mais fraco será o resultado.

Esta ligação eletromagnética mantém os subalternos do globo subatómico em linha, e enquanto os quarks investem os seus dias ociosos no conforto do membro da família do seu castelo seguro e privado mantém, oprimidos “camponeses”, electrões fazem todo o trabalho de fazer a ricas variantes de reações químicas possíveis. É isso mesmo, são os eletrões destrutivos e ignóbeis que escravizam o seu mestre quark. Presos ao núcleo pelo eletromagnetismo, mas normalmente impedidos de realmente seguirem as diretrizes da mecânica quântica, os eletrões são trocados entre os átomos, fornecendo-nos a química que torna praticamente tudo o que diz respeito às nossas vidas possíveis.

Os quarks de julgamento ficarão felizes em negociar, pegar e emprestar um elétron humilde de um nome de domínio próximo, moldando os seus movimentos com cutucões pesados ​​dos fotões, sem se preocupar com as suas esperanças, fantasias ou paixões específicas (fluindo facilmente através do universo, enrolando em torno de campos eletromagnéticos e assim por diante).

Perseguindo nas sombras

Mas nem todos os bits do universo são controlados pelos quarks despóticos. Alguns podem fluir abertamente por todo o universo, sem perceber a força forte e ignorando com segurança os clarões rudes de qualquer categoria de fotão que passa: os neutrinos. Esses pedaços macabros podem se esconder à vista comum, tão efervescentes que presumimos que não tivessem massa durante décadas.

Os neutrinos estão disponíveis em 3 tipos, neutrino de eletrão, neutrino de múon e neutrino de tau, mas eles estão tão bem disfarçados que nunca tem certeza de qual vê. Durante a viagem, eles podem pedalar com as máscaras que usam, mudando as suas identidades com a simplicidade de um espião experiente. As suas máscaras estabelecem com precisão como eles (periodicamente) interagem com o resto dos fragmentos do universo: um eletrão-neutrino sem dúvida participará apenas de respostas envolvendo eletrões, por exemplo.

No entanto, devido à natureza problemática dos neutrinos, um procedimento que gera um sabor específico deste artigo não pode ser executado constantemente no sentido inverso para capturar novamente o intervalo original; ele mudou de identidade.

Ainda assim, apesar de todos os seus truques e engano, os neutrinos não são inaceitáveis ​​à influência dos nomes de domínio dos quarks. No entanto, para que esse categoria de impacto ocorra, são necessárias forças especiais. Bits profissionais chamados bósons W e Z, portadores da força nuclear fraca, são os únicos capazes de interagir com os neutrinos malandros. Às vezes, os bósons conseguem transformar os neutrinos em criaturas mais dóceis, como os eletrões.

Além disso, é uma boa possibilidade: na maioria das vezes, os neutrinos furtivos escapam impunes.

No entanto, a capacidade desses bósons W e Z, os secretos boxers black-ops do globo de partículas, se expande mais do que simplesmente a experiência rara de neutrino. Além disso, eles têm acessibilidade quase exclusiva ao santuário interno da cidadela nucleão e podem transformar um tipo de quark em outro. Necessários para um neutrão se retirar da segurança de um núcleo atómico, esses bósons únicos podem transformar essa partícula num protão mais estável.

Fora do Reino

Naturalmente, isso não dá a imagem completa do globo subatómico. Todo o projeto típico, a nossa imagem dessas pequenas criaturas e todas as suas interações intrometidas, é muito maior e muito mais complexo do que pode ser incluído em alguns parágrafos. E embora o Projeto de Requisito seja uma realização da física contemporânea, coberto de maneira sombria ao longo de décadas, com previsões exatas e testes precisos, ele também é uma imagem incompleta do nosso globo.

Por um lado, não consiste em gravidade, sendo agora  melhor descrita pela também incompleta teoria da relatividade geral. Permanecer em torno das investigações cosmológicas sobre a questão e do poder das trevas, sobre as quais a típica versão padrão é omissa (porque esses fenómenos foram descobertos apenas recentemente). Tem mais: a massa do neutrino, a estrutura de poder das forças e assim por diante.

No entanto, embora longe de ser completa e talvez um pouco insatisfatória na sua técnica de pastilha elástica e fita adesiva para modelar o mundo real, a Versão Critério é preciosa. Ele pode prever com precisão os movimentos e movimentos desses cidadãos subatómicos e todos os seus podres inescrupulosos.

Leia o artigo original sobre o Espaço.