Quarks

O que são quarks?

Os quarks ou quarks são um tipo de partícula subatômica elementar , que se enquadra na categoria dos férmions , e cujas fortes interações constituem a matéria dos núcleos atômicos. Seu nome vem do romance Finnegan’s Wake , do autor irlandês James Joyce.

Quarks são as partículas das quais os prótons e nêutrons são feitos , bem como outros tipos de partículas minúsculas chamadas hádrons.

Esses termos podem ser confusos, mas você não precisa entendê-los em tais níveis técnicos para saber o que é um quark: as menores partículas de matéria , que interagem livremente com as quatro forças físicas elementares: força gravitacional , força eletromagnética, nuclear forte força, e força nuclear fraca.

Junto com os léptons, os quarks são os próprios blocos de construção da matéria. Assim como existem matéria e antimatéria , também existem quarks e antiquarks.

Além disso, existem seis tipos ou “sabores” de quark. Assim, todos os mésons e bárions da matéria, ou seja, mais de 200 partículas subatômicas diferentes, podem ser construídos pela combinação de três quarks (ou antiquarks) (bárions) diferentes, ou um quark-antiquark (mésons), unidos por fortes interações. .

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Descoberta de quarks

Por muitas décadas, presumiu-se que prótons, nêutrons e elétrons eram as partículas fundamentais da matéria, ou seja, que nada poderia existir menor do que eles.

Porém, o estudo dos chamados núcleons (nêutrons e prótons, habitantes do núcleo do átomo ) mostrou que seu tamanho era muito maior que o dos elétrons e que isso poderia significar que seriam constituídos de algo menor e mais simples. . Os quarks vieram responder a essa pergunta.

Simultaneamente, eles foram propostos em 1964 por Murray Gell-Mann e George Zweig , embora de forma totalmente independente. Esses cientistas observaram a necessidade de existência de quarks pela natureza da forte interação entre as partículas do núcleo atômico.

Além disso, muitas de suas propriedades eram inexplicáveis, a menos que houvesse estruturas internas dentro de prótons e nêutrons. Assim, foi proposta a existência de três partículas menores, chamadas  quorks  (posteriores  quarks , embora Zweig inicialmente propusesse o nome de  ases  ou “ases”), que teriam uma  carga elétrica de 1/3 e 2/3 de carga.

Esta hipótese foi testada experimentalmente no SLAC ( Stanford Linear Accelerator Center ou “Stanford Center for Linear Accelerator “) nos anos subsequentes. Mas o experimento apontou que não havia três, mas seis partículas que poderiam formar prótons e nêutrons. Por esta descoberta, Taylor, Kendall e Friedman ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1990 .

Modelo Quark

Dentro do modelo padrão de matéria com que lidamos hoje, os quarks ocupam o lugar mais simples da matéria.

Dependendo do tipo de quarks que combinamos, podemos obter diferentes tipos de partículas, de acordo com a regra de classificação do hadron (o chamado “modelo de quark”), que estabelece seis tipos diferentes de quarks (ou sabores , “sabores”) , cada um dotado de um “número quântico” que define sua carga elétrica:

• Para cima (para cima ). Dotado de um isospin +1/2 como um número quântico.
• Para baixo ( para baixo ). Dotado de um isospin -1/2 como um número quântico.
• Charme ( charme ). Dotado de um encanto +1 como número quântico.
• Estranho ( estranho ). Dotado de uma estranheza -1 como número quântico.
• Pare ( topo ) ou verdadeiro ( verdade ). Dotado de uma superioridade ( topness ) +1.
• Plano de fundo ( embaixo ) ou beleza ( beleza ). Dotado de uma inferioridade ( bottomness ) -1.

Isso tudo pode parecer muito estranho e parecer algo saído de um videogame, mas faz sentido dentro do modelo de quark, se pensarmos que essas partículas minúsculas se reúnem em trigêmeos ou tríades para formar diferentes tipos de partículas subatômicas maiores.

Quando a soma de suas cargas dá números inteiros, eles formam os hádrons.

A isso deve ser adicionado, no entanto, que os quarks podem ter mais três tipos de carga, que é ” cor “ . Não se trata realmente de cor, porém, mas é esse o nome que os cientistas deram a essa propriedade, que é uma espécie de afinidade, responsável pela forte atração nuclear (por meio de outra partícula chamada “glúons”).

Essas cores podem ser azuis, verdes ou vermelhas, e é o que distingue, por exemplo, nêutrons e prótons dos elétrons (partículas do tipo leptão), já que estes últimos não são feitos de quarks e não sentem a interação nuclear forte, mas sim a fraca. .

De acordo com esse modelo, as partículas fundamentais da matéria são quarks e léptons .

Outras partículas subatômicas

Outros tipos de partículas subatômicas são:

• Férmions. Junto com os bósons, eles são as partículas fundamentais da matéria, caracterizadas por terem um spin semi-inteiro ou momento angular (1/2, 3/2, etc.). Existem apenas dois tipos de férmions: quarks e léptons.
• Leptons. Eles são um tipo de férmion, dotado de ½ spin (ou + ou -) e que, ao contrário dos quarks, não sofrem a forte interação nuclear da matéria. Existem seis tipos de léptons: elétrons, múons, taus, neutrinos de elétrons, neutrinos de múons e neutrinos de tau. Os três primeiros têm carga elétrica +1 ou -1 e o resto tem carga 0.
• Bosons. Juntamente com os férmions, são as partículas fundamentais da matéria, caracterizadas por apresentarem spin inteiro (0, 1, 2, etc.) e não atender ao princípio de exclusão de Pauli. Exemplos de bósons são fótons, glúons ou grávitons, ou seja, partículas que envolvem forças conhecidas.
• Mésons. São bósons, ou seja, hádrons de spin inteiro 0 ou 1, que respondem à interação nuclear forte, portanto são constituídos de quarks, de acordo com o estado quark-antiquark.
• Bárions São compostos por três quarks e seus exemplos mais representativos são o nêutron e o próton, embora também existam outros tipos, que são extremamente instáveis.

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