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Quark Top - A mais nova porção da matéria

O Laboratório Nacional do Acelerador Fermi (Fermilab), centro de pesquisas norte-americano de física de altas energias, anunciou um fato científico revolucionário: a descoberta de uma raríssima forma de matéria, um nova tipo de quark, batizado top.

Desde 1932, sabe-se que o núcleo dos átomos é formado por prótons e nêutrons, tidos na época como partículas elementares, isto é, indivisíveis. Mas, no início da década de 70, ficou evidenciado que essas duas partículas, par sua vez, também têm estrutura interna. São constituídas por partículas menores, chamadas quarks.

Experiências permitiram a identificação de cinco tipos distintos de quarks. O up e o down são os mais comuns e formam os prótons e nêutrons. O strange, o charm e o bottom (esse último descoberto em 1978) completam a lista dos quarks conhecidos até há pouco.

Após cerca de quinze anos de buscas, com pequenos sucessos intercalando grandes frustrações, a descoberta de mais um quark não é apenas anunciada. Ela é largamente festejada pelas duas equipes do Fermilab, com cerca de quatrocentos cientistas cada uma, que independentemente produziram a evidência de que o quark top existe.

Sobrevoando Illiinois (EUA), é possível ver um enorme anel perfeitamente circular e com 2 km de diâmetro, rasgando a monotonia das terras planas daquele estado.

[...] Cada equipe ocupa seu pavilhão de trabalho ao longo do anel, em dois setores diametralmente opostos, conhecidos como áreas experimentais B-Zero e D-Zero.

O grande anel, conhecido como Tévatron, é um aparato vital para a pesquisa de partículas. Ao longo de seus 6,3 km de extensão, feixes de prótons (partículas com carga elétrica positiva) e antiprótons (anti- partículas do próton, ou seja, prótons com carga negativa) são acelerados em sentidos opostos até atingirem altíssimas energias.

Os feixes de prótons e antiprótons viajam a uma velocidade praticamente igual à velocidade da luz (300 000 km/s). Eles se cruzam frontalmente, bem no centro das áreas experimentais B-Zero e D-Zero. Exatamente aí está o foco das atenções de todos que participam dessa pesquisa.

A cada milésimo de segundo aproximadamente, um próton arrebenta-se em colisão violenta e frontal contra sua antipartícula. Matéria e antimatéria aniquilam-se completamente, num transiente instantâneo de pura radiação. No caso do Tévatron, a colisão é tão violenta que esse transiente radiativo chega a ter densidade de energia comparada àquela do universo nascente, cerca de um milésimo de segundo depois do "Big Bang".[...]

Essa colisão próton-antipróton é extraordinária. Não há nenhum fato em nossa experiência comum que se assemelhe a ela. Seu transiente de radiação, brutalmente energético, imediatamente se rematerializa em um chuveiro de novas partículas - às vezes, cerca de trezentas -, que explodem em todas as direções, numa constatação direta da equivalência energia-matéria proposta pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955) em sua fórmula E = m.(c.c) (onde E é a energia, m a massa e c a velocidade da luz).

Essas partículas que emergem da colisão são de extremo interesse para os físicos. A partir de sua análise são deduzidas as propriedades das menores e mais fundamentais sementes da matéria, bem como as leis segundo as quais essas partículas interagem entre si.[...]

Para começar, o quark top é uma espécie de peça fundamental de um quebra-cabeças, isto é, de uma teoria que organiza toda a forma de matéria existente no universo. Essa teoria é conhecida como o 'modelo padrão' das partículas elementares.

De forma simplificada, esse modelo pode ser visto como uma versão moderna e atual da tabela periódica dos elementos. No modelo padrão, as partículas apresentam-se agora em duas famílias: a dos quarks e a dos léptons.

São seis os léptons conhecidos, sendo o mais famoso de todos o elétron (partícula de carga elétrica negativa que gira em torno do núcleo atômico).[...]

Para que a estrutura matemática do modelo padrão tenha status de teoria, sem anomalias ou inconsistências internas, é preciso que as famílias dos léptons e dos quarks apresentem-se em três subfamílias de dois constituintes cada uma, como uma espécie de espelho no qual uma família reflete-se na outra. O quark top agora completa de forma espetacular esse elegante esquema.[...]

O modelo padrão facilmente acomoda um mecanismo teórico por meio do qual se pode deduzir uma preferência na formação de matéria sobre antimatéria durante a gênese do universo. O estudo desse mecanismo é um dos principais objetivos em experimentos atualmente em curso nos EUA, na Europa e no Japão.

Adaptado de: Arthur K. A. Maciel.
Ciência Hoje, 18(108): 70-2, abr. 1995.

Autoria: Carlos Henrique Alves


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