Festa dos Quarks



Partículas que formam os prótons e nêutrons podem ser indivisíveis

Neste mês, o legendário físico teórico americano Murray Gell-Mann completa 80 anos. Entre seus grandes feitos, o mais importante foi ter proposto uma ideia que revolucionou a nossa compreensão da composição da matéria.

Em 1963, Gell-Mann propôs que, ao contrário do que se pensava na época, os prótons e nêutrons, as partículas que compõem o núcleo de todos os átomos, não eram indivisíveis, e sim formadas por partículas ainda menores. Mostrando a sua fenomenal cultura geral (da qual se orgulha muito), Gell-Mann usou uma palavra de um texto do escritor irlandês James Joyce para batizar as partículas: “quarks”. O nome fictício é bem apropriado: nem mesmo Gell-Mann poderia ter imaginado o quão estranhos são os quarks.

Já na Grécia Antiga, em torno de 400 a.C., os filósofos Leucipo e Demócrito haviam sugerido que tudo o que existe no Universo é composto de partículas minúsculas e indivisíveis, que chamaram de átomos (em grego “o que não pode ser cortado”.) Durante 2.400 anos, filósofos e (mais recentemente) físicos vêm procurando pelos tijolos fundamentais da matéria. Essa é a missão do reducionismo: tentar dividir entidades complexas em entidades simples e irredutíveis.

É claro que a pergunta mais imediata aqui é se existe mesmo algum limite: se cortarmos a matéria em pedaços cada vez menores, será que chegaremos mesmo até as entidades mais básicas? Essa é a crença que vem inspirando físicos por todo esse tempo. Até o final do século 19, achava-se que os átomos dos elementos químicos (do hidrogênio ao urânio e além, os integrantes da Tabela Periódica) eram indivisíveis. Essa crença foi derrubada em 1897 quando o inglês J. J. Thomson mostrou que todos os átomos continham uma partícula ainda menor, o elétron. Alguns anos depois, Ernest Rutherford mostrou que a maior parte da massa de um átomo está concentrada num volume mínimo no seu centro, o núcleo atômico.

O integrante do núcleo com carga elétrica positiva, contrabalançando a carga negativa do elétron, ficou conhecido como próton. Em 1932, James Chadwick mostrou que outra partícula integrava o núcleo, de carga elétrica nula: o nêutron. Esse era o trio de partículas que, compondo todos os átomos da Tabela Periódica, deveria bastar para explicar a estrutura da matéria, um triunfo do reducionismo. Só que a festa durou pouco.

Durante os anos 1940 e 1950, uma multidão de partículas foi encontrada, todas aparentemente elementares, isto é, indivisíveis. Essa avalanche de partículas, centenas delas, ia contra o espírito do reducionismo, e acabou gerando uma crise na comunidade.

Será que o atomismo está errado?

Quando Gell-Mann, e também George Zweig, propuseram que essas partículas eram, de forma análoga aos átomos, composta de outras menores, o alívio era palpável. Só que… esses quarks eram muito diferentes: tinham carga elétrica fracionária e não igual à do elétron e, para piorar, não podiam aparecer por si sós. Viviam trancadas, ou confinadas, dentro dos prótons, nêutrons e suas centenas de primos.

Gell-Mann, sabendo que enfrentaria resistência, sugeriu que, se seu esquema estivesse correto, novas partículas existiriam, formadas de dois tipos de quarks, o “up” e o “down”.

Quando as partículas foram encontradas, as pessoas começaram a levar os quarks a sério. Prótons e nêutrons têm três quarks cada. Desde então, foram encontrados seis tipos de quarks.

A teoria não prevê nenhum outro.

Mas será esse o fim do reducionismo?

Ou os quarks são feitos de partículas ainda menores? Esse é o tipo de pergunta que, especulações à parte, só os experimentos poderão responder.

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