(SuperBooks) #1

partículas de matéria. As partículas de matéria obedecem ao que se chama o princípio da exclusão de Pauli. Este
princípio foi descoberto em 1925 por um físico austríaco, Wolfgang Pauli, pelo que recebeu o prémio Nobel em 1945.
Era o arquétipo do físico teórico: dizia-se dele que a sua mera presença numa cidade faria com que todas as
experiências aí realizadas resultassem mal! O princípio da exclusão de Pauli diz que duas partículas semelhantes
não podem existir no mesmo estado, ou seja, não podem ter ambas a mesma posição e a mesma velocidade, dentro
dos :, limites do princípio da incerteza. O princípio da exclusão é crucial porque explica o motivo pelo qual as
partículas de matéria não colapsam num estado de densidade muito elevada sob a influência das forças transmitidas
pelas partículas de spin 0, 1 e 2: se as partículas de matéria tiverem praticamente as mesmas posições, têm de ter
velocidades diferentes, o que significa que não permanecerão na mesma posição durante muito tempo. Se o mundo
tivesse sido criado sem o princípio da exclusão, os quarks não formariam protões e neutrões separados e bem
definidos. Nem estes, juntamente com os electrões, formariam átomos separados e bem definidos. Sofreriam todos
colapso, formando um "caldo" espesso e grosseiramente uniforme.


A verdadeira compreensão do electrão e de outras partículas de spin 1/2 só foi atingida em 1928, quando Paul Dirac,
que mais tarde foi eleito professor Lucasiano de Matemática em Cambridge (o mesmo curso que Newton regeu e de
que eu agora sou responsável), apresentou uma teoria. A teoria de Dirac foi a primeira no género consistente tanto
com a mecânica quântica como com a teoria :, da relatividade restrita. Explicou matematicamente por que motivo o
electrão tinha spin 1/2, ou seja, por que é que não tinha o mesmo aspecto se o fizéssemos dar uma rotação
completa, mas tinha ao fim de dois giros. Também predisse que o electrão devia ter um companheiro, o anti-electrão
ou positrão. A descoberta do positrão, em 1932, confirmou a teoria de Dirac e levou a que fosse galardoado com o
prémio Nobel da Física em 1933. Sabemos hoje que toda a partícula tem uma antipartícula, com a qual pode
aniquilar-se. (No caso de partículas portadoras de força, as antipartículas coincidem com as próprias partículas).
Podia haver antimundos e antipessoas feitos de antipartículas. Contudo, se encontrar o seu anti-eu, não lhe aperte a
mão. Desapareceriam ambos num grande clarão de luz. A questão de parecer haver mais partículas do que
antipartículas à nossa volta é extremamente importante, e voltarei ao assunto ainda neste capítulo.


Na mecânica quântica, as forças ou interacções entre partículas de matéria devem ser todas transmitidas por
partículas de spin inteiro: 0, 1 ou 2. O que acontece é que uma partícula de matéria como um electrão ou um quark
emite uma partícula que transmite força. O recuo (7) provocado por esta emissão muda a velocidade da partícula. A
partícula portadora de força colide então com outra partícula de matéria e é absorvida. Esta interacção altera
[também] :, a velocidade da segunda partícula, como se se tivesse manifestado uma força entre as duas partículas.


(7) O "recuo" ou o "avanço", consoante a força seja repulsiva ou atractiva. Há uma ideia muito intuitiva sobre estas
partículas portadoras de força. Imagine-se dois patinadores no gelo que seguem lado a lado e suponha que num
dado momento eles decidem arremessar pedras um ao outro: separam-se por efeito do recuo e, para um observador
para o qual as pedras fossem invisíveis, tudo se passa como se eles se repelissem por intermédio de uma força. No
caso dos patinadores se decidirem a arremessar bumerangues em vez de pedras, o efeito seria inverso, aproximar-
se-iam como que sujeitos a uma força atractiva mediada pelos bumerangues (N. do R.).


Uma propriedade importante das partículas portadoras de força é não obedecerem ao princípio da exclusão. Isto
significa que não há limite para o número que pode ser permutado e, por isso, podem originar uma força intensa.
Contudo, se as partículas portadoras de força tiverem uma grande massa, será difícil produzi-las e permutá-las ao
longo de um trajecto grande. Portanto, as forças que transmitem terão apenas um alcance limitado. Por outro lado,
se as partículas que transmitem força não tiverem massa própria, as forças serão de longo alcance. As partículas
que transportam força entre partículas de matéria chamam-se partículas virtuais porque, ao contrário das partículas
"reais", não podem ser detectadas directamente por um detector de partículas. Sabemos contudo que existem
porque têm um efeito mensurável: originam forças entre partículas de matéria. Partículas de spin 0, 1 ou 2 também
existem em algumas circunstancias como partículas reais, quando podem ser detectadas directamente. Surgem-nos
então como o que um físico clássico chamaria ondas, tais como ondas de luz ou de gravitação. Podem, por vezes,
ser emitidas quando as partículas de matéria interagem trocando partículas virtuais que transportam força. (Por
exemplo, a força de repulsão eléctrica entre dois electrões (8) é devida à troca de fotões virtuais, que nunca podem
ser detectados directamente; mas, se um electrão passa por outro, podem ser emitidos fotões reais que detectamos
como ondas luminosas.


(8) Electrões estacionários (N. do R.).


As partículas que transportam força (9) podem ser agrupadas em quatro categorias, de acordo com a intensidade :,
da força e as partículas alvo. Deve acentuar-se que esta divisão em quatro classes é elaborada pelo Homem, por ser
conveniente para a construção de teorias parciais, mas não pode corresponder a qualquer coisa de mais profundo.


(9) Partículas que transmitem ou transportam força também são designadas por mediadoras (N. do R.).


O que a maior parte dos físicos espera encontrar é uma teoria unificada que explique as quatro forças como
diferentes manifestações de uma única força. Na realidade, muitos diriam que actualmente é esse o objectivo
principal da física. Recentemente, foram efectuadas tentativas coroadas de êxito para unificar três das quatro