(SuperBooks) #1

correctamente preditas. Carlo Rubbia, que dirigiu a equipa de várias centenas de físicos que fizeram a descoberta,
recebeu o prémio Nobel em 1984, juntamente com Simon Van der Meer, o engenheiro do CERN que tinha
desenvolvido o sistema utilizado para armazenar antimatéria. (É muito difícil hoje em dia marcar pontos em física
experimental, a não ser que já se esteja no topo!)


A quarta categoria é a força nuclear forte, que mantém os quarks unidos no protão e no neutrão, e mantém os
protões e os neutrões juntos no núcleo de um átomo. Crê-se que esta força é transmitida por uma outra partícula de
:, spin 1, chamada gluão, que interactua só consigo própria e com os quarks. A força nuclear forte tem uma
propriedade curiosa chamada confinamento que mantém as partículas sempre unidas em combinações sem cor. Não
se pode ter um quark isolado, porque teria cor (vermelho, verde ou azul). Em vez disso, um quark vermelho tem de
estar junto a um verde e a um azul por uma "corda" de gluões (vermelho + verde + azul = branco). Este tripleto
constitui um protão ou um neutrão. Outra possibilidade e um par formado por um quark e um antiquark (vermelho +
antivermelho, ou verde + antiverde, ou azul + anti-azul = branco). Estas combinações constituem as partículas
conhecidas por mesões, que são instáveis porque um quark e um antiquark podem aniquilar-se originando electrões
ou outras partículas. Do mesmo modo, o confinamento evita que se tenha um único gluão, porque os gluões também
têm cor. Em vez disso, é preciso ter um conjunto de gluões, cujas cores juntas produzam o branco. Esse conjunto
forma uma partícula instável ehamada *glueball (10).


(10) Bola de grude (N. do T.).


O facto de o confinamento não permitir que se observe um quark ou um gluão isolados podia fazer crer que os
quarks e os gluões são partículas um tanto metafísicas. No entanto, há outra propriedade da força nuclear forte,
chamada liberdade assimptótica, que torna o conceito de quark e gluão bem definido. A energias normais, a força
nuclear forte é realmente forte e mantém os quarks unidos. Contudo, experiências com grandes aceleradores de
partículas indicam que a energias elevadas a força forte se torna muito mais fraca, e os quarks e os gluões
comportam-se quase como partículas livres. A Fig. 5.2 mostra uma fotografia de uma colisão entre um protão e um
antiprotão a alta energia. Foram produzidos vários :, quarks quase livres que deram origem aos "jactos" de
trajectórias vistos na fotografia.


Fig. 5.2. Um protão e um antiprotão colidem com energia elevada e produzem um par de quarks quase livres


O êxito da unificação das forças electromagnética e nuclear fraca levou a várias tentativas para combinar estas duas
forças com a força nuclear forte naquilo a que se chamou teoria da grande unificação ou GUT (11). Este título é um
tanto exagerado: as teorias resultantes não são assim tão grandes, nem completamente unificadas, porque não
incluem a gravidade. Nem são teorias realmente completas, porque contêm um número de parâmetros cujos valores
não podem ser preditos a partir da teoria, mas têm de ser escolhidos para se harmonizarem com as experiências.
Apesar disso, podem ser um passo no sentido de uma teoria completa, totalmente unificada.


(11) Grand Unification Theories (N. do T.).


A ideia fundamental das :, GUTs é a seguinte: como já foi mencionado, a força nuclear forte torna-se mais fraca a
altas energias. Por outro lado, as forças electromagnéticas e nuclear fraca, que não são assimptoticamente livres,
tornam-se mais fortes a energias altas. A determinada energia muito alta, chamada a energia da grande unificação,
essas três forças teriam todas a mesma intensidade e poderiam, portanto, ser apenas diferentes aspectos de uma
única força. As GUTs predizem também que, a essa energia, as diferentes partículas de matéria de spin 1/2, como os
quarks e os electrões, seriam essencialmente as mesmas, obtendo-se assim outra unificação.


O valor da energia da grande unificação não se conhece muito bem, mas teria provavelmente de ser pelo menos mil
milhões de milhões de GeV. Os actuais aceleradores de partículas podem fazer colidir partículas a energias de cerca
de algumas centenas de GeV e estão planeadas máquinas que elevarão esta energia a alguns milhares de GeV.
Mas uma máquina suficientemente potente para acelerar partículas até à energia da grande unificação teria de ser
tão grande como o sistema solar -- e seria pouco provável haver fundos para ela no actual contexto económico.
Portanto, é impossível testar directamente em laboratório teorias da grande unificação. No entanto, tal como no caso
da teoria da unificação electromagnética e fraca, há consequências a baixas energias que podem ser testadas.


A mais interessante é a predição de que os protões, que constituem grande parte da massa da matéria vulgar,
podem decair espontaneamente em partículas mais leves como os positrões. Tal é possível porque na energia da
grande unificação não há qualquer diferença essencial entre um quark e um electrão. Os três quarks dentro de um
protão não têm normalmente energia suficiente para se transformarem em positrões mas muito ocasionalmente um :,
deles pode adquirir energia suficiente para provocar a transição, porque o princípio da incerteza significa que a
energia dos quarks dentro do protão não pode ser exactamente fixada. O protão decairia. A probabilidade de um
quark adquirir energia suficiente é tão pequena que o mais provável é termos de esperar pelo menos um milhão de
milhões de milhões de milhões de milhões de anos (1 seguido de trinta zeros), o que é muito superior ao tempo que
passou desde o bib bang, que aconteceu mais ou menos há uns meros dez mil milhões de anos (1 seguido de dez
zeros). Portanto, poderíamos pensar que a possibilidade de decaimento espontâneo do protão não poderia ser