Aprenda algo novo todos os Dias

Qual é a partícula mais pequena que conhecemos?

0 6

Para encontrar a resposta a esta pergunta, vamos separar uma questão de matéria e descobrir seus constituintes removendo cada camada uma a uma. Do ponto de vista do pássaro, a matéria parece rígida e suas propriedades facilmente mensuráveis. Mas mesmo um jovem de 6 anos pode deduzir que os pilares tenazes de seu castelo de areia cuidadosamente projetado são a soma de bilhões de grãos de areia microscópicos. A próxima pergunta é … o que está abaixo do grão de areia?

O Atom

Retire outra camada e você encontrará uma estrutura de átomos ordenadamente organizada. O conceito de átomos foi proposto pela primeira vez pelos gregos, que acreditavam que os objetos poderiam ser divididos indefinidamente em metades até que você fosse deixado com um único ponto indivisível de matéria. Esta unidade inimaginável e pequena não poderia ser dividida ainda mais e, portanto, era chamada de “átomo”, derivada da palavra grega A-tomos. A para “não” e tomos para “cortável” ou dividível.

Surpreendentemente, a teoria não correu bem. A maioria dos textos escritos sobre constituintes elementares foram perdidos e recuperados após múltiplos séculos. Demorou quase dois milênios para o átomo ser reconhecido como um verdadeiro objeto físico fundamental.

A especulação foi finalmente confirmada nos anos 1800, quando o químico John Dalton realizou uma série de experiências engenhosas sobre os gases. O diâmetro médio de um átomo mediu cerca de 50 nanometros – um milionésimo de grão de areia. O átomo era então a coisa mais pequena conhecida pelo homem.

Partículas subatômicas

Claro, isso foi apenas até 1897, quando Sir JJ Thomson mergulhou mais fundo e descobriu algo ainda mais fundamental – o elétron!  Esta foi realmente uma descoberta revolucionária e os pioneiros das tecnologias eletrônicas não podem agradecer o suficiente por isso. O diâmetro “médio” de um elétron foi 0,0000000000001 centimetres ou 2000 bilhões de vezes menor do que um grão de areia.

Uma vez que os objetos são eletricamente neutros, a Thomson concebeu que a carga negativa de elétrons deve ser cancelada por um pequeno nódulo de carga positiva em que os elétrons estão incorporados. Este foi o famoso modelo de “passa-em-pudim”.

Veja Também...  Você consegue alcançar o fim do arco-íris?

Essa idéia foi descartada em 1911, quando Rutherford bombardeou uma fina peça de folha de ouro com raios alfa e descobriu que os átomos estavam na maior parte vazios, mas continham uma carga central concentrada. Ele chamou esse centro do núcleo do átomo e nomeou a partícula carregada positivamente um  próton . O diâmetro “médio” de um próton foi medido para ser três vezes menor do que o de um elétron, mas em termos de massa, é 1837 vezes mais pesado!

Ele também sugeriu que os elétrons giravam em torno do núcleo, análogo ao modelo do sistema solar dos planetas. No entanto, a escala de distâncias entre a entidade central e as que aderiram a ela nos dois modelos apresentou uma disparidade astronômica.

Mas a celebração não durou muito. Logo, os químicos descobriram isótopos – elementos que são indiferenciáveis, mas diferem em suas massas atômicas. Parecia que um par de isótopos continha o mesmo número de prótons, mas ainda exibia uma diferença em suas massas em geral.

Rutherford explicou isso sugerindo a presença de uma nova partícula fundamental, ligeiramente mais pesada do que um próton, mas eletricamente neutra. Sua especulação tornou-se uma realidade quando, em 1932, James Chadwick descobriu essa partícula lacônica – o nêutron. Neutrons e prótons acabaram por ter o mesmo tamanho e massa – cerca de 2000 vezes a massa de um elétron.

Podemos descascar a matéria mais longe? Quero dizer, não é 0.00000000000001 centímetros suficientemente pequenos ?! Bem … não é bem.

O Quark

A busca por encontrar partículas ainda mais elementares do que elétrons, prótons e nêutrons nos levou a construir belos aceleradores de partículas.

A colisão de partículas dentro do maior acelerador de partículas do mundo

(Photo Credit: Seeker / Youtube)

Os aceleradores esmagam partículas subatômicas a velocidades enormes, o que faz com que elas se quebrem em seus constituintes. É semelhante ao estudar os mecanismos internos de uma televisão, jogando-o no topo de um edifício de 20 andares e examinando seus componentes quebrados.

Quando os físicos começaram a colidir os elétrons com prótons, eles observaram que os elétrons rejeitaram três núcleos pequenos e duros dentro do próton. Os núcleos foram encontrados para partículas ainda menores que compõem o próton. Essas partículas elementares são chamadas Quarks, e a descoberta de quarks significava que os prótons e os nêutrons não eram mais fundamentais. Já escrevemos um artigo mais detalhado e fascinante dedicado especificamente às propriedades e ao comportamento dos quarks. Você pode encontrá-lo  aqui .

Veja Também...  Como um Nervo Conecta Corpo, Cérebro e Mente?

Mas podemos cavar mais fundo?

As partículas elementares

Não nós não podemos. Quarks são as entidades mais pequenas que encontramos em nosso esforço científico através do grão de areia. Na verdade, quarks e elétrons, mas espere, por que um elétron?

Bem ao contrário de seus pares, o elétron continua a ser uma verdadeira partícula fundamental. Ele resistiu ao fato de ser mais dividido em peças mais elementares. No entanto, se os elétrons e os quarks são fundamentais, e os quarks residem em prótons, como seu raio é três vezes maior que o de um protão ?!

O raio que atribuímos a uma partícula subatômica surge de certos pressupostos. Por exemplo, quando se supõe que o potencial de energia de massa de um elétron está totalmente contido, seu raio é maior que o de um próton. Uma abordagem melhor para calcular o raio do elétron foi reconhecida como utilizando as proporções de massa de protões / elétrons.

Propaganda

Usando esses índices, achamos que o raio de um elétron é cerca de dez vezes menor que o que anteriormente pensávamos ser; um bilionésimo de bilionésimo de centímetro ou 0.00000000000000001 cm.

É por isso que usei a palavra “média” para descrever as propriedades físicas dessas partículas. O raio é uma construção dimensional e não tem nada a ver com o raio real.

Da mesma forma, também não tivemos sorte com quarks. Eles se recusam a ser isolados, e mesmo que sejam, eles não duram muito tempo. Alguns vivem tão pouco quanto um bilionésimo de bilionésimo bilhão de segundo! Separar um par exige tanta energia que acaba sendo utilizada para formar dois quarks que se ligam aos dois originais!

Não seja consternado com a quantidade de energia aqui. Pense nisso assim … você está literalmente tentando rasgar o próprio tecido da realidade.

Veja Também...  A velocidade do vento afeta a velocidade com que as ondas sonoras se propagam?

Por que nossa concepção de “tamanho” é errado?

A imagem mental de uma partícula subatômica que conjuramos ao fazer essas perguntas é simplesmente errada! A palavra “partícula” evoca muitas vezes uma pequena imagem de bola de aço ou bilhar que é omnipresente nos livros didáticos de física. No entanto, sua estrutura e comportamento em tais dimensões minúsculas não se assemelham a nossa experiência diária de forma alguma.

No domínio da mecânica quântica, a definição de forma não é direta. Suas propriedades físicas não podem ser medidas com precisão e sua existência em uma região específica pode ser definida apenas por probabilidades.

Ainda assim, cientistas conseguiram realizar alguns estudos astutos para aproximar o tamanho de um quark. O mais recente que eu poderia encontrar aproximou-se de ser um bilionésimo de bilionésimo de centímetro, que está na mesma liga que um elétron.

Neste ponto, torna-se imperativo perceber que o Modelo Padrão, a jóia da coroa da física de partículas, não descreve partículas subatômicas em termos de tamanho ou massa, mas sim suas energias. O protão ou o nêutron não tem forma ou volume fixo – o seu volume é concebido a partir do espaço em que os seus constituintes são confinados.

Quarks, elétrons ou quaisquer outras partículas subatômicas são apenas energias concentradas; eles não têm uma ordem particular, enquanto as partículas fundamentais, como quarks e elétrons, são consideradas apontadas. Eles não têm dimensão e são literalmente considerados um único ponto de dimensão no espaço. Pensar neles como pontos é apenas uma simplificação útil, pois não há provas em contrário.

O modelo no quadro dessas considerações capturou com êxito (até agora) tudo o que era conhecido com uma precisão surpreendente. É conhecida a teoria mais precisa em qualquer campo. Claro, essa suposição, como qualquer uma na ciência, não tem medo de ser amassada e demitida quando uma nova é feita. Os cientistas não estão cansados ​​de retornar ao quadro de desenho novamente, desde que haja provas. Neste caso, a descoberta de uma partícula dentro deles.

Referências:

  1. Jefferson Lab
  2. Fermilab
  3. Rádio público nacional
  4. UC Santa Barbara
  5. Phys.org
Deixe uma resposta

Seu endereço de email não será publicado.