Física & Química

Quarks, o que são? Definição, tipos e características

Quarks são constituintes elementares dos prótons e nêutrons, sendo classificados em seis tipos e Atualmente são classificados em seis tipos, através de aceleradores de partículas.

Atualizado em 22/06/2020

Você sabe o que são quarks? Vamos do princípio.

No começo dos anos trinta, do século passado, acreditava-se que a estrutura do átomo estava bem estabelecida, assim como a do núcleo. Nesse período, sob hipótese de Wolfgang Pauli, em 1931, os componentes básicos da matéria eram considerados os elétrons, prótons, nêutrons e neutrinos. 

Assim, acreditava-se que o núcleo era constituído de prótons e elétrons, com excesso de prótons para explicar sua carga positiva. No entanto, essa possibilidade foi descartada 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. Tal partícula recebeu o nome de méson p, ou píon. Em 1936, outra partícula foi encontrada e denominada de múon, semelhante ao elétron, porém, 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.

Mas, o que seriam quarks?

Definição

Quarks: Definição, tipos e características
Fonte: https: Thoughtco

A existência de quarks foi proposta apenas em 1964, quando o físico Murray Gell- Mann, do California Institute of Technology, descobriu que, para explicar as propriedades dos prótons e nêutrons, era necessário que fossem compostos de partículas menores.

Contudo, sua existência só foi confirmada entre 1967 a 1973, com experimentos realizados no Stanford Linear Accelerator Center.

Descobriu-se, então, que trata-se de uma partícula elementar e um dos dois elementos básicos que constituem a matéria. 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.

Sua existência nunca se dá de forma isolada, visto que um quark está sempre associado a outro. Neste sentido, os quarks podem ser observados, mas nunca isolados, isso significa que, não é possível tirar um quark do núcleo e examiná-lo.

Para isso, é necessário utilizar aceleradores de partículas.

Tipos de Quark

Quarks: Definição, tipos e características
Fonte: https: 3.bp

Os quarks são divididos em seis tipos, todavia, apenas dois fazem parte da composição dos prótons e dos nêutrons. 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.

São eles:

  • Up (para cima) – O mais leve dos tipos. Um próton possui dois Up em seu interior e um nêutron possui um.
  • Down (para baixo) –  Atua em dupla com o Up na constituição da matéria. Um próton possui um Down e um nêutron possui dois.
  • Charm (charme) – é maior que o Up e que o Down, entretanto, só é perceptível em aceleradores de partículas.
  • Strange (estranho) – é o par do Charm e também muito pesado para permanecer inteiro na natureza. Existiu apenas nos primórdios da criação do Universo.
  • Top (topo) – é o mais pesado dos quarks e sua massa é igual a de um átomo de ouro.
  • Bottom (fundo) – Do mesmo modo que os anteriores, é muito pesado para os dias de hoje. Tendo uma duração nos aceleradores de apenas um milionésimo de milionésimo de segundo.

Propriedades

Os quarks possuem duas propriedades importantes: o sabor e a cor. Entretanto, não há nenhuma relação com alimentos, são apenas analogias utilizadas para um melhor entendimento.

Quanto aos sabores, são divididos em seis, explanados acima, sendo: Up, Down, Charm, Strange, Top e Bottom. já quanto as cores, podem ser: Red, Green e Blue.

Quarks têm cor?

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.

Como resultado disso, um físico chamado 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, tendo suas três variedades chamadas de vermelho, verde (ou amarelo) e azul.

Portanto, a cor é a natureza da matéria, assim como a carga elétrica também é a natureza da matéria. Algumas partículas são coloridas, outras não. Léptons não tem cor, eles são “brancos”. Quarks são coloridos.

O conceito 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.

Massa dos Quarks

A princípio, era difícil acreditar que os quarks existissem porque eram detectados juntos e formavam novas partículas. Por esse motivo, também é extremamente difícil medir a massa de quarks experimentalmente. A qualidade varia de acordo com o sabor do quark, veja:

  • 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.

O que achou dessa matéria? Se gostou, confira também o que é Núcleo Atômico. 

FontesAlgosobreInfoescolaEstudo Pratico.

ImagensScienceThoughtcoUnasapientia.