(SuperBooks) #1

passou-se antes do meu tempo, pois entrei para a faculdade em 1965, já na recta final de todo o mal-estar, quando
desentendimentos semelhantes forçaram outro detentor do prémio Nobel, Sir Nevill Mott, a pedir a demissão.


Até há vinte anos atrás, pensava-se que protões e neutrões eram partículas "elementares", mas experiências em que
se fez colidir protões com outros protões ou com electrões, a grandes velocidades, revelaram que eram, de facto,
constituídos por partículas mais pequenas. Estas partículas receberam o nome de quarks, dado pelo físico do
Caltech (4), Murray Gell-Mann, que recebeu o prémio :, Nobel em 1969 por esse seu trabalho. A origem do nome é
uma citação enigmática do escritor James Joyce: "Three quarks for Muster Mark!" (5). A palavra quark devia
pronunciar-se como quart, mas com um k no fim em vez de t, embora seja geralmente utilizada para rimar com
lark (6).


(4) Instituto de Tecnologia da Califórnia (N. do T.).


(5) "três litros para o patrão mark!" (n. do t.)


(6) cotovia ou farsa (n. do t.)


Há muitas variedades de quarks: pensa-se que existem pelo menos seis "sabores" a que chamamos "acima" (up),
"abaixo" (down), "estranho" (strange), "encantado" (charmed), "fundo" (bottom) e "cimo" (top). Cada sabor
surge em três "cores": vermelho, verde e azul. (Deve acentuar-se que estes termos não passam de rótulos; os quarks
são muito mais pequenos do que o comprimento de onda da luz visível e, portanto, não têm qualquer cor no sentido
normal da palavra. O que acontece é que os físicos modernos parece terem arranjado maneiras mais imaginativas de
baptizar novas partículas e fenómenos -- já não ficam agarrados ao grego! Um protão ou um neutrão é constituído
por três quarks, um de cada cor. Um protão contém dois quarks up e um down; um neutrão contém dois down e
um up. Podemos criar partículas constituídas pelos outros quarks (strange, charmed, bottom e top), mas têm
todas uma massa muito maior e decaem muito depressa em protões e neutrões.


Sabemos agora que nem os átomos nem os protões e nem os neutrões são indivisíveis. Portanto, a pergunta que se
impõe é: quais são as partículas verdadeiramente elementares, os blocos de construção fundamentais a partir dos
quais tudo é feito? Uma vez que o comprimento de onda da luz [visível] é muito maior do que o tamanho de um
átomo, não podemos esperar "olhar" para as partes de um átomo no sentido comum. Temos de usar qualquer :,
coisa com um comprimento de onda muito mais pequeno. Como vimos no capítulo anterior, a mecânica quântica diz-
nos que todas as partículas são na realidade ondas e que, quanto mais elevada for a energia de uma partícula,
menor é o comprimento de onda correspondente. Portanto, a melhor resposta que podemos dar à pergunta depende
da quantidade de energia de que dispomos, porque é isso que determina a pequenez da escala a que podemos
observá-la. As energias destas partículas são geralmente medidas em unidades chamadas electrão-volt. (Nas
experiências de Thomson com electrões, vimos que ele utilizou um campo eléctrico para acelerar os electrões. A
energia que um electrão ganha num campo eléctrico de um volt é um electrão-volt). No século XIX, quando as ú
nicas energias de partículas que as pessoas sabiam utilizar eram as energias fracas de uns meros electrões-volt
geradas nas reacções químicas, tais como a reacção que se processa numa chama, pensava-se que os átomos
eram as unidades mais pequenas de todas. Na experiência de Rutherford, as partículas tinham energias de milhões
de electrões-volt. Mais recentemente, aprendemos como utilizar campos electromagnéticos para dar às partículas
energias de, ao princípio, milhões e, depois, milhares de milhões de electrões-volt. E assim sabemos que partículas
que há vinte anos pensávamos serem "elementares" são, na realidade, constituídas por partículas mais pequenas.
Será que estas, à medida que temos acesso a maiores energias serão, por sua vez, reconhecidas como sendo
formadas por partículas ainda mais pequenas? É absolutamente possível, mas há algumas razões teóricas para crer
que temos, ou estamos muito perto de ter um conhecimento dos blocos fundamentais de construção da natureza.


Utilizando a dualidade onda/partícula discutida no capítulo anterior, tudo no Universo, incluindo a luz e a gravidade,
pode ser descrito em termos de partículas. Estas partículas :, têm uma característica chamada spin. Uma maneira
de pensar no spin é imaginar as partículas como pequenos piões a girar em torno de um eixo. Contudo, isso pode
ser enganador, porquanto a mecânica quântica nos diz que as partículas não têm qualquer eixo bem definido. O que
o spin de uma partícula nos diz na realidade é qual o aspecto da partícula de diferentes lados. Uma partícula de spin
0 é como um ponto: tem o mesmo aspecto vista de qualquer lado (Fig. 5.1-i). Por outro lado, uma partícula de spin 1
é como uma seta: parece diferente de todos os lados (Fig. 5.1-ii); só se a fizermos rodar 360 graus é que a partícula
retoma o mesmo aspecto. Uma partícula de spin 2 parece-se com uma seta de duas pontas (Fig. 5.1-iii). Tem o
mesmo aspecto se a fizermos dar meia volta (180 graus). Do mesmo modo, partículas de spin mais elevado têm o
mesmo aspecto se as fizermos girar fracções mais pequenas de um giro de 360 graus. Tudo isto parece muito
simples, mas o facto que é notável é existirem partículas que não têm o mesmo aspecto se as fizermos dar apenas
uma rotação: temos de as obrigar a executar duas rotações completas! Diz-se que estas partículas têm spin 1/2.


fig. 5.1


Todas as partículas conhecidas no Universo podem ser divididas em dois grupos: partículas de spin 1/2, que
constituem a matéria do Universo, e partículas de spin 0, 1 e 2, que, como veremos, dão origem a forças entre as