Quarks

Explicamos o que são os quarks, como foram descobertos e o que é o modelo dos quarks. Além disso, outras partículas subatômicas.

O que são quarks?

Los quarks ou quarks Eles são um tipo de partícula subatômica elementarque se enquadra na categoria de férmions, e cujas fortes interações constituem a questão dos núcleos atômicos. Seu nome vem do romance Finnegans Wake do autor irlandês James Joyce.

Quarks são partículas da qual são feitos prótons e nêutronsbem como outros tipos de partículas minúsculas chamadas hádrons.

Esses termos podem ser confusos, mas não é necessário entendê-los em níveis tão 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, força nuclear forte. e força nuclear fraca.

Junto com os léptons, os quarks são os próprios blocos de construção da matéria. Assim como existe 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), ligados por fortes interações. .

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Descoberta de quarks

Durante muitas décadas presumiu-se que prótons, nêutrons e elétrons eram as partículas fundamentais da matéria, ou seja, que nada poderia existir menor 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 eles, por sua vez, seriam constituídos por algo menor. e mais simples. Quarks veio responder a esta pergunta.

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

Além disso, muitas das suas propriedades eram inexplicáveis, a menos que houvesse estruturas internas dentro dos prótons e nêutrons. Assim, a existência de três partículas menores, chamadas quorks (posteriormente quarksembora Zweig inicialmente tenha proposto o nome ases ou “ases”), que teria uma carga elétrica de 1/3 e 2/3 de carga.

Esta hipótese foi verificado experimentalmente no SLAC (Centro de Acelerador Linear de Stanford ou “Stanford Linear Accelerator Center) nos anos posteriores. Mas o experimento indicou 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 em 1990..

Modelo de quarks

Dentro do modelo padrão da matéria que tratamos hoje, os quarks ocupam o lugar mais simples na matéria.

Dependendo do tipo de quarks que combinamos, podemos obter vários tipos de partículas, de acordo com a regra de classificação de hádrons (o chamado “Modelo Quark”), que establece seis tipos distintos de quark (ó sabores“sabores”), cada um dotado de um “número quântico” que define sua carga elétrica:

• Acima (acima). Equipado com um isospin +1/2 como número quântico.
• Abaixo (abaixo). Equipado com um isospin -1/2 como número quântico.
• Encanto (charme). Dotado de um amuleto +1 como número quântico.
• Estranho (estranho). Dotado de uma estranheza -1 como número quântico.
• Topo (principal) ou verdade (verdade). Dotado de uma superioridade (topness) +1.
• Fundo (fundo) ou beleza (beleza). Dotado de uma inferioridade (fundo) -1.

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

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

A isto devemos acrescentar, no entanto, que os quarks Eles podem ter mais três tipos de carga, que é a “cor”. Não se trata bem da cor, porém, mas esse é o nome que os cientistas deram a essa propriedade, que é uma espécie de afinidade, responsável pela forte atração nuclear (através de outra partícula chamada “glúons”).

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

De acordo com este modelo, As partículas fundamentais da matéria são quarks e léptons..

Outras partículas subatômicas

Outros tipos de partículas subatômicas são:

• Fermiones. Juntamente com os bósons, são as partículas fundamentais da matéria, caracterizadas por possuírem spin semi-inteiro ou momento angular (1/2, 3/2, etc.). Existem apenas dois tipos de férmions: quarks e léptons.
• Leptonas. São um tipo de férmion, dotados de spin ½ (seja + ou -) e que não experimentam, ao contrário dos quarks, a forte interação nuclear da matéria. Existem seis tipos de léptons: elétrons, múons, taus, neutrinos de elétrons, neutrinos de múon e neutrinos de tau. Os três primeiros têm carga elétrica de +1 ou -1 e os demais têm carga de 0.
• Bósones. Juntamente com os férmions, são as partículas fundamentais da matéria, caracterizadas por possuírem spin inteiro (0, 1, 2, etc.) e não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli. Exemplos de bósons são fótons, glúons ou grávitons, ou seja, partículas que envolvem forças conhecidas.
• Pousadas. São bósons, ou seja, hádrons com spin inteiro 0 ou 1, que respondem à interação nuclear forte, portanto são constituídos de quarks, conforme o estado quark-antiquark.
• Baronesa. Eles são compostos por três quarks e seus exemplos mais representativos são o nêutron e o próton, embora existam também outros tipos altamente instáveis.

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Referências

• “Quark” na Wikipédia.
• “Modelo de quarks” na Wikipedia.
• “Os quarks” em Astrojem.
• “Quarks” em Hiperfísica. (Espanhol)
• “A revolução dos quarks” no El País. (Espanha)
• “Cinquenta anos de quarks” no CERN.
• “O que são quarks?” (vídeo) na Fuse School.
• “Quark (partícula subatômica)” na Enciclopédia Britânica.