Teoria das partículas elementares: uma breve abordagem

A teoria das partículas elementares visa caracterizar cada espécie de entidade (partícula, radiação) que constitui a essência da matéria. São conhecidas, até o momento, 36 entidades diferentes, classificadas em 3 grupos.

Os quarks

Os quarks são os constituintes elementares dos prótons, nêutrons e mésons. Essas partículas sofrem efeitos de todas as interações, em particular, das interações fortes que as fazem ficar sempre agrupadas, não havendo um meio de isolá-las.

Os quarks são classificados de acordo com sua cor e sabor. A cor de um quark não está relacionada a nenhuma propriedade óptica; é simplesmente a designação da característica que o torna sensível à interação forte. Os diversos sabores de quarks são, na verdade, as diversas espécies existentes dessa partícula.

Os tipos mais importantes de quarks são o u (de “up”) e o d (de “down”).

Os prótons e os nêutrons são constituídos por um grupo de 3 quarks da seguinte forma:

Os mésons são formados pelos pares de partículas: quarka-antiquark.

A existência do quark foi prevista simultânea e independentemente por Murray Gell-Mann e George Zweig em 1963.

Os léptons

O integrante mais conhecido da família dos léptons é o elétron; além dele, há também os mésons  μ (mi) e  τ (tau) e seus respectivos neutrinos associados (neutrino do elétron, neutrino μ e o neutrino τ), entre outros.

Os quarks e os léptons constituem a matéria propriamente dita, isto é, possuem um certo tipo de identidade.

Há uma ou outra teoria, uma delas bem conhecida chamada Teoria da Grande Unificação, que diz que os quarks e os léptons contém aspectos diferentes de uma mesma partícula e que, por isso, são capazes de se transformarem umas nas outras.

Os bósons de gauge

São os agentes das interações entre as partículas. Fazem parte dessa família o fóton e as partículas W e Z. As interações eletromagnéticas, por exemplo, podem ser caracterizadas pela troca de fótons (que são bósons de gauge) entre quarks e léptons carregados.

Bóson de Higgs (H)

O bóson de Higgs é uma classe especial de bóson. Esses bosões agrupam-se para formar algo conhecido como o campo de Higgs. Quando as partículas interagem com o campo de Higgs, acredita-se que eles adquirem massa. Algumas partículas não interagem tanto com esse campo, ou simplesmente não interagem, e é por isso que eles parecem ser mais leves ou sem massa, enquanto outras partículas sentem os efeitos mais fortemente, tornando-os mais pesados.

No espaço vazio, o campo de Higgs adquire um valor diferente de zero, que permeia a cada lugar no universo todo o tempo. Este valor da expectativa do vácuo (VEV) do campo de Higgs é constante e igual a 246 GeV. A existência deste VEV diferente de zero tem um papel fundamental: dá a massa a cada partícula elementar, incluindo o próprio bóson de Higgs. No detalhe, a aquisição de um VEV diferente de zero quebra espontaneamente a simetria de calibre da força eletrofraca, um fenômeno conhecido como o mecanismo de Higgs. Este é o único mecanismo conhecido capaz de dar a massa aos bóson de calibre (partículas transportadoras de força) que é também compatível com teorias do calibre.

Referências bibliográficas

Livro Físico-Química / Martha Reis Marques da Fonseca. – São Paulo: FTD, 1992
Peter Higgs (1964). “Simetrias quebradas e as massas de Bosons do calibre”. A revisão física Letters 13:508