Os quarks são um dos dois elementos fundamentais para a constituição da matéria. Então os quarks nunca são vistos de forma separada; estão sempre em grupos de três, por isso é possível analisar um quark, mas nunca isolados, pois não é possível tirar um quark do núcleo para examiná-lo.
Os quarks podem ser de 6 tipos diferentes: Up, Down, Charm, Strange, Top e Bottom. Uma das propriedades dos quarks é que eles podem ser de três cores diferentes: vermelho, verde ou azul.
Vale destacar que até pouco tempo atrás, se acreditava que a matéria era composta sobretudo por prótons, nêutrons e elétrons. No entanto, por meio dos estudos mais recentes sobre as radiações nucleares e de choques entre partículas, foi possível notar vários novos componentes da matéria.
O que são os quarks?
O quark é um dos dois elementos básicos que formam a matéria, sendo a única partícula que interage por meio de todas as quatro forças fundamentais. Sendo assim, ele é um férmion fundamental, com unidade de carga hadrônica com três cores diferentes.
A Cromodinâmica Quântica é a teoria que estuda a dinâmica de quarks e das cargas hadrônicas. De acordo com essa teoria, os quarks podem se ligar de dois ou de três, sendo que os pares de quarks são os mésons e os trios são os bárions.
Os Quarks se combinam para formar partículas compostas denominadas de hádrons, os mais estáveis desse tipo são os prótons e os nêutrons, que são os principais componentes dos núcleos atômicos.
Um detalhe importante é que um quark sempre está associado a outro, nunca estando isolado, desse modo, eles podem ser observados, mas nunca isolados já que não é possível tirar um quark do núcleo e examiná-lo.
Quais são os tipos de quarks?
A princípio, era difícil acreditar que os quarks existissem porque eram vistos juntos e constituíam novas partículas, por esse motivo, também é muito difícil medir a massa de quarks experimentalmente. Além disso, a qualidade varia de acordo com o sabor do quark, por exemplo:
- Quark up: fica entre 1,7 e 3,3 MeV
- Quark down: fica entre 4,1 e 5,8 MeV
- Quark bottom: 1270 MeV
- Quark top: 101 MeV
- Quark charm: 172 GeV
- Quark strange: 4,19 GeV
Os dados acima referem-se à massa estimada do quark isolado, ou seja, a massa separada das partículas que podem constituir.
Os quarks são divididos em seis tipos, mas apenas dois fazem parte da composição dos prótons e dos nêutrons, quanto os outros quatro tipos de quarks existiram apenas durante os primeiros momentos da criação do Universo e, só é possível recriá-los através de aceleradores de partículas. Enfim, os tipos são:
1- Up (para cima)
O Up é o mais leve dos tipos. Um próton possui dois Up em seu interior e um nêutron possui um.
2- Down (para baixo)
Este tipo atua em dupla com o Up na constituição da matéria. Um próton possui um Down e um nêutron possui dois.
3- Charm (charme)
Este é maior que o Up e que o Down, entretanto, só é perceptível em aceleradores de partículas.
4- Strange (estranho)
Esse tipo é o par do Charm e também muito pesado para permanecer inteiro na natureza. Existiu apenas nos primórdios da criação do Universo.
5- Top (topo)
É o mais pesado dos quarks e sua massa é igual a de um átomo de ouro.
6- Bottom (fundo)
Por fim, o peso desse tipo é muito alto para os dias de hoje, sendo que ele dura apenas um milionésimo de milionésimo de segundo nos aceleradores.
Quais são as cores dos quarks?
Os quarks têm três variedades de cores: vermelho, verde e azul.
As partículas elétrons, prótons, néutrons e quarks estão sob o Princípio da Exclusão de Pauli, o qual determina que duas partículas do mesmo tipo não podem ocupar o mesmo estado quântico. Isso quer dizer que dois ou mais quarks do mesmo sabor (tipo) não podem ocupar o mesmo estado.
Desse modo, o físico Oscar Greenberg sugeriu que os quarks possuíam uma outra propriedade, análoga à carga elétrica, mas com três variedades ao invés de duas (positiva e negativa), essa propriedade foi chamada de cor. Nesse sentido, a cor é a natureza da matéria, assim como a carga elétrica também é a natureza da matéria.
Algumas partículas têm cor, outras não, por exemplo, os Léptons não têm cor e são “brancos”. Enfim, o conceito de que os quarks têm como propriedade de cor resolve o problema das partículas formadas pelo mesmo quark, uma vez que, com mais de uma propriedade existente, elas não são mais as mesmas.
História do descobrimento
No começo dos anos trinta, do século passado, acreditava-se que a estrutura do átomo estava bem estabelecida, assim como a do núcleo, inclusive, em 1931 sob a hipótese de Wolfgang Pauli, os componentes básicos da matéria eram considerados os elétrons, prótons, nêutrons e neutrinos.
Desse modo, o que se acreditava era que o núcleo era constituído de prótons e elétrons, com excesso de prótons para explicar sua carga positiva. No entanto, houve o descarte dessa possibilidade após mediações do spin nuclear.
Alguns anos mais tarde, Hideki Yukawa propôs a existência de uma nova partícula que seria mediadora da interação a qual manteria nêutrons e prótons coesos no núcleo.
Isso porque a interação entre prótons e nêutrons deveria ser mediada por alguma partícula, isto é, prótons e nêutrons interagiriam trocando uma partícula, sendo que essa partícula recebeu o nome de méson p, ou píon.
Posteriormente, em 1936, outra partícula foi encontrada e denominada de múon, semelhante ao elétron, entretanto, 200 vezes mais pesada. Contudo, notou-se a necessidade de evidenciar a conexão básica existente entre partículas de diferentes famílias, a qual, mais tarde, foi denominada de classificação octal.
E finalmente, buscando refinar essa classificação octal, os físicos Murray Gell-Mann e George Zweig, concluíram que padrões do caminho óctuplo resultariam de forma natural se algumas partículas fundamentais do átomo fossem ainda mais fundamentais, essas partículas, portanto, foram denominadas de quarks.
Portanto, a existência de quarks foi proposta apenas em 1964, contudo, sua existência só foi confirmada entre 1967 a 1973, com experimentos realizados no Stanford Linear Accelerator Center.
Fontes: Algosobre, Infoescola, Scielo, por fim, Estudo Pratico.
Bibliografia
- Moreira, Marco Antonio. A física dos quarks e a epistemologia. Scielo. Acesso em 25 de janeiro de 2023.
