O mundo subatômico é mundo misterioso. No entanto, temo-lo vindo a descobrir, mergulhando cada vez mais fundo." Por convenção é o quente, por convenção o frio; mas, na realidade, existem só átomos e vazio..." - dizia o filósofo Grego Demócrito. É notável como a nossa compreensão do mundo infinitivamente pequeno evoluiu, pois no contexto científico actual uma frase destas seria completamente absurda. Contudo, é impressionante que Demócrito, nascido antes de Cristo, tenha previsto a existência de àtomos, embora numa pesperctiva metafísica, pois não tinha como o provar. Mas o filósofo Grego não estava completamente errado. O que ele não sabia é que o mundo é governado pela mecânica quântica: não existe "vazio". Entre quaisquer partículas temos uma infinidade de outras, criadas devido ao príncipio da incerteza. As novas revoluções científicas do séc.XX e XXI:a mecânica quântica, o princípio de incerteza, a descoberta dos eletrões, protões, neutrões, quarks, neutrinos e outras partículas subatômicas, os colossais acelaradores de partículas, entre outros - abriram-nos caminho para o mundo à escala nuclear, permitindo-nos descobrir muitas das leis que regem o Universo que conhecemos e dando-nos as primeiras luzes para outras futuras.
Infinitivamente pequeno...
O átomo é formado por um núcleo e uma nuvem eletrónica. Nesta última podemos encontrar os eletrões, que andam à volta do núcleo. Os eletrões tem carga negativa não seguem órbitas que possam ser previstas devido ao princípio de incerteza de Heinsenberg. Este diz não podemos saber ao mesmo tempo a posição a e a velocidade de partícula: quanto melhor soubermos a posição de uma partícula, menor saberemos a sua velocidade, e se soubermos pormenorizadamente a velocidade uma partícula, saberemos muito vagamente a sua posição. Por isso não sabemos qual é a posição intríseca dos eletrões, mas sabemos que andam por ali, que estão confinados a uma espaço, e esse espaço é a nuvem eletrónica. O núcleo do àtomo é formado por protões e neutrões. Os protões tem carga positiva, e os neutrões, tem carga neutra. Os protões e os neutrões são chamados os nuclões, por constituírem o núcleo. Depois existem os quarks, com nomes que comprovam a originalidade dos fisícos de partículas. Segundo o Modelo Padrão, os quarks ocorrem em seis tipos na natureza: "top", "bottom", "charm", "strange", "up" e "down". Os dois últimos formam os nuclões. Os protões são formados por dois quark "up" e um "down". Os neutrões são formados por dois quark "down" e um "up". Os quarks, partículas elementares (indivísiveis) estão ligadas entre si através da força nuclear forte, mediada pelos glúons. |
Fórmula matemática do princípio da incerteza: O produto da incerteza associada ao valor de uma coordenada xi e a incerteza associada ao seu correspondente momento linear pi não pode ser inferior, em grandeza, à constante de Planck normalizada, onde  é a Constante de Planck (h) dividida por 2π. Constante de Plank= 6,626176x10-34 J.s. |
O problema das duas partículas elementares...
Eletrões e quarks são partículas elementares, por isso, indivisíveis. Emboram tenham esta propriedade em comum, estas partículas são bastantes diferentes. E há uma diferença que tem vindo a intrigar os cientistas há já muito tempo: o peso do quark "up". Um quark "up" pesa 350.000 vezes mais do que um eletrão. É praticamente a mesma diferença do peso entre uma baleia e uma sardinha! É uma grande diferença!
Bosão de Higgs
Procurando uma solução para este problema, em 1964, o físico inglês Peter Higgs, juntamente com outros colegas cientistas, propôs a seguinte solução: todo o espaço está cheio de um campo, que não podemos ver, mas que interage com as partículas fundamentais. O eletrão interage muito pouco com esse campo e, por isso, tem uma massa tão pequena. O quark “up” interage muito fortemente com o campo e, por isso, tem uma massa muito maior.
Há uma analogia muito famosa para explicar este conceito. Imaginem uma pessoa comum. Vamos dar-lhe o nome de X. A pessoa X entra numa festa, onde estão bastantes pessoas. A pessoa X anda bastante à vontade, pois a ninguém a conhece e ninguém a faz parar, para a cumprimentar ou falar com ela. A pessoa X não é pessoa de muitas conversas.
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| A pessoa X anda à vontade pois não tem pessoas à volta dela que lhe impedem de prosseguir. Neste exemplo a multidão tem um papel análogo ao "campo de Higgs". A pessoa X faz lembrar o electrão. |
Imaginem agora uma pessoa muito popular, por exemplo, o físico e matemático Albert Einstein ( supondo que ainda estava vivo, claro). Einstein entra na mesma sala, na mesma festa. As pessoas da festa vêem-no e formam uma multidão à volta dele, para tirar fotos e pedir autógrafos ao grande cientista. Einstein tem dificuldade em prosseguir o seu caminho, pois há muitas pessoas à sua volta.
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| Einstein (representado na imagem) tem dificuldade em prosseguir o seu caminho pois tem uma multidão à sua volta. Esta multidão tem um papel análogo ao "campo de Higgs". Einstein faz lembrar o quark "up". |
A teoria de Higgs diz-nos que a massa de todas as partículas é originada por um campo que enche todo o Universo, o "campo de Higgs". No entanto em física uma teoria só é válida se pudermos verificá-la com experiências. A história da ciência está repleta de formosas teorias que passaram a ser falsas.
O campo de Higgs é só uma teoria. Para comprová-la é necessário encontrar a partícula associada ao campo de Higgs: o chamado “bosão de Higgs”. É esta a partícula que os cientistas do CERN pensam ter encontrado. Contudo, para encontrar este bosão os cientistas tiverem e têm de lidar com dois grandes problemas:
1) Para gerar um bosão de Higgs, é necessária muitíssima energia. De facto, são necessárias intensidades de energia similares às produzidas durante o Big Bang. Por isso, é necessário construir enormes aceleradores de partículas.
2) Uma vez produzido, o bosão de Higgs desintegra-se muito rapidamente. Para além disso esta partícula desaparece antes que o possa ser observada. Só se pode medir os “resíduos” que deixa ao desintegrar-se.
Partícula de Deus?...
O bosão de Higgs é também conhecida como "partícula de Deus". A origem deste nome vem do título de um livro publicado por Leo Lederman, nos anos 90. O detentor de um Prémio Nobel decidiu escrever um livro de divulgação sobre a física de partículas. . No texto, Lederman referia-se ao bosão de Higgs como “The Goddamn Particle” (“A Partícula Maldita”) pela dificuldade em ser detetada. O editor do livro, talvez com intenção de aumentar as vendas, mudou o termo para "The God Particle" ( A partícula de Deus").
A descoberta desta partícula, com a qual Stephen Hawking perdeu 100 dólares (devido a uma aposta com Gordon Kane), foi um momento importante para todos os físicos e para aqueles que seguem a ciência em directo.
Gostei da maneira simples como foi apresentada esta matéria tão complicada.Talvez sobre os quarks fosse possível desenvolver um bocadinho mais. Mas isto não é uma crítica porque eu sou do tempo em que na Faculdade mal se falava no Einstein.É apenas uma pequeníssima observação.
ResponderEliminarCumprimentos e obrigada porque me ajudou muito a explicar a um meu irmão o que é o bosão de Higgs.
Não tenho palavras para lhe agradecer. Foi a primeira pessoa a reconhecer o meu trabalho, e isso e bastante importante para mim. Fico feliz por ter ajudado o seu irmão a compreender o que era o nosso de Higgs. O seu comentário foi mais um incentivo para continuar este meu projeto, cujo objectivo e contribuir para divulgar ciência a um publico alargado. Agradeço também o seu reparo acerca dos quarks. E importante que nesta fase façam reparos como esse, pois e com os erros que melhoramos e aprendemos. No entanto, eu apenas não aprofundei muito o assunto dos quarks porque só agora vou para o 10ano e por isso não domino muito bem este tema. Talvez num futuro próximo escreva um artigo que acerca dos quarks mais aprofundado :). Muito obrigado!
ResponderEliminarSó hoje, 16 de setembro, voltei a esta página e fiquei muito e agradavelmente surpreendida com a idade do seu autor. Vou passar a segui-lo e envio sinceros parabéns ao futuro e acredito que grande Cientista.
ResponderEliminarUm abraço.
Fantástico! Admirável!☺
ResponderEliminarQuando se escreve para um leigo perceber, torna-se Belo!