(SuperBooks) #1

A terceira categoria chama-se força nuclear fraca e é responsável pela radioactividade, agindo sobre todas as
partículas de matéria de spin 1/2 mas não sobre partículas de spin 0, 1 ou 2, como os fotões ou os gravitões. A força
nuclear fraca não foi bem compreendida antes de 1967, quando Abdus Salam, no Imperial College de Londres, e
Steven Weinberg, em Harvard, propuseram teorias que unificavam esta interacção com a força electromagnética, tal
como Maxwell tinha unificado a electricidade e o magnetismo cerca de cem anos antes. Sugeriram que, para além do
fotão, havia outras três partículas de spin 1, conhecidas colectivamente por bosões vectoriais maciços que
transmitiam a força fraca. Foram chamados W+ (pronuncia-se W mais), W- (pronuncia-se W menos) e Z0 (pronuncia-
se Z zero), e cada um tinha uma massa de cerca de 100 GeV (GeV significa giga-electrão-volt, ou mil milhões de
electrões-volt). A teoria de Weinberg e Salam exibe uma propriedade conhecida por quebra espontânea de simetria.
Significa que aquilo que parece ser um número de partículas completamente diferentes a baixas energias não passa
do mesmo tipo de partícula, mas em estados diferentes. A altas energias todas estas partículas se comportam de
modo semelhante. O efeito é muito parecido com o de uma bolinha de roleta a girar. A altas energias (quando a
roleta gira rapidamente), a bolinha tem o mesmo comportamento: não pára de girar. Mas, quando a roleta vai
abrandando, a energia da bolinha diminui e acaba por fazê-la cair numa das trinta e sete depressões da roleta. Por
outras palavras, a energias baixas há trinta e sete estados diferentes em que a bolinha pode existir. Se, por qualquer
razão, só pudéssemos observar a bolinha a baixas :, energias, pensaríamos que havia trinta e sete tipos diferentes
de bolinhas!


Na teoria de Weinberg e Salam, a energias muito maiores que 100 GeV, as três novas partículas e o fotão
comportar-se-iam todos da mesma maneira. Mas às energias mais baixas que ocorrem na maioria das situações
normais, esta simetria entre as partículas seria desfeita. W+, W- e Z0 ficariam com grandes massas, fazendo com
que as forças que transportam tivessem um alcance muito curto. Na altura em que Weinberg e Salam propuseram a
sua teoria, poucas pessoas acreditaram neles, e os aceleradores de partículas não eram suficientemente potentes
para alcançar energias de 100 GeV necessárias para produzir partículas W+, W- ou Z0 reais. Contudo, durante os
dez anos seguintes, mais ou menos, as outras predições da teoria a energias mais baixas coincidiam de tal maneira
com as experiências que, em 1979, Weinberg e Salam receberam o prémio Nobel da Física, juntamente com
Sheldon Glashow, de Harvard, que tinha sugerido teorias unificadas semelhantes para as forças electromagnética e
nuclear fraca. A comissão Nobel foi poupada a um erro embaraçoso com a descoberta, em 1983, no CERN (Centro
Europeu de Pesquisa Nuclear) dos três parceiros maciços do fotão, com massas e outras propriedades
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