Os 8 tipos de partículas subatômicas (e suas características) - Médico - 2023

Contente

O Universo é algo excitante e ao mesmo tempo incrivelmente misterioso. E geralmente ficamos maravilhados com sua imensidão, o incrível número de galáxias ou as distâncias entre as estrelas. Mas a verdade é que, à medida que nosso conhecimento em física quântica avança, o que é realmente incrível é como a natureza pode ser pequena das coisas.

Por muito tempo acreditamos que os átomos eram as menores unidades de tudo, pois são considerados indivisíveis. E não é surpreendente, porque um átomo é tão incrivelmente pequeno que, em um milímetro, cerca de 10 milhões deles poderiam se alinhar. Como se isso não fosse surpreendente, vamos pensar que um grão de areia é feito de mais de 2 milhões de átomos.

Mas a física mostrou que não termina aqui. Imagine que este minúsculo átomo você o transforma em algo do tamanho de um estádio de futebol. Bem, haveria partículas nele que, em comparação com este estágio, seriam do tamanho de uma cabeça de alfinete.

Estamos falando de partículas subatômicas, unidades de matéria tão incrivelmente pequenas que as leis tradicionais da física não são aplicadas neles, embora eles se juntem para formar átomos. No artigo de hoje, além de tentar entender sua natureza, veremos os principais tipos existentes.

Recomendamos que você leia: "Os 19 níveis de organização do assunto"

O que é uma partícula subatômica?

De partícula subatômica, entendemos todas as unidades indivisíveis da matéria que constituem os átomos dos elementos ou que são livres permitindo a interação entre eles. Todos eles constituem o nível subatômico da matéria, que é o nível de organização mais baixo que existe.

Isso significa que, por enquanto, nada menor foi descoberto. Ou seja, embora possamos sempre recuar (somos feitos de tecidos, que são feitos de células, que são compostos de moléculas, que são agregações de átomos, que, por sua vez, surgem da união de partículas subatômicas) para encontrar algo, com partículas subatômicas isso não acontece.

Por simples dedução, então, vemos que absolutamente tudo no Universo, de nós mesmos às estrelas, através de rochas, planetas, galáxias, etc., nasce da união de diferentes partículas subatômicas.

Como já dissemos, um átomo já é algo incrivelmente pequeno, porque um átomo padrão (dependendo do elemento em questão será mais ou menos grande), tem um tamanho de cerca de 0,32 nanômetros. Algo muito pequeno. Mas é que partículas subatômicas têm tamanhos de 0'000000000000000000001 metros. Nosso cérebro é simplesmente incapaz de imaginar isso. Vamos relembrar a analogia do estádio.

Este "mundo" é tão pequeno que as leis da física que todos conhecemos não são seguidas. Assim, tornou-se necessário o desenvolvimento da física quântica, que estuda os processos que ocorrem neste nível subatômico da matéria.

Apesar disso, é sabido que a chave para entender a origem do Universo e tudo o que acontece em outros níveis da matéria é entender a natureza das partículas subatômicas. E o grande objetivo dos físicos é encontrar uma teoria que une o mundo quântico com o da relatividade geral (tudo além do mundo atômico), conhecido como "Teoria de Tudo". Mas, por enquanto, embora eles estejam avançando e fazendo progressos (a Teoria das Cordas é aquela que está ganhando mais força), os dois mundos estão desarticulados.

Estrutura simplificada de um átomo. Vemos que prótons e nêutrons são feitos de outras partículas.

Que partículas subatômicas nós conhecemos?

É importante dizer "nós sabemos" e não "existimos" porque os físicos continuam a descobrir novos hoje. Partículas subatômicas nós os descobrimos graças aos aceleradores de partículas, que fazem os átomos colidirem uns com os outros a velocidades quase iguais à da luz (300.000 quilômetros por segundo) enquanto esperam que eles se decomponham nessas partículas subatômicas.

Graças a eles, descobrimos dezenas de partículas subatômicas, mas estima-se que pode haver centenas para descobrir. Os tradicionais são o próton, o nêutron e o elétron, mas à medida que avançamos, descobrimos que estes são formados, por sua vez, por outras partículas subatômicas menores.

Portanto, a classificação é feita conforme sejam partículas subatômicas compostas (formadas pela união de outras partículas subatômicas) ou elementares (não são formadas pela união de nada). Vamos ver eles.

Partículas subatômicas compostas

Como dissemos, as partículas compostas são as entidades subatômicas que foram descobertas primeiro. E por muito tempo (foi só em meados do século 20 que se teorizou a existência de outros) acreditou-se que eles eram os únicos. Seja como for, essas partículas subatômicas são formado pela união de partículas elementares que veremos no próximo ponto.

1. Próton

Como bem sabemos, um átomo é composto de um núcleo de prótons e nêutrons e uma órbita de elétrons que giram em torno dele. O próton é um partícula subatômica com carga elétrica positiva muito maior que o elétron. Na verdade, ele tem uma massa 2.000 vezes maior.

Cabe ressaltar que o número de prótons é o que determina o elemento químico. Assim, um átomo de hidrogênio é aquele que sempre tem um próton. Um oxigênio, oito. Um de ferro, 26. E assim por diante.

Ele está ligado por forças incrivelmente grandes com nêutrons. Na verdade, quando eles quebram, milhões de vezes mais energia é liberada do que a combustão da gasolina. Estamos falando de energia nuclear, cuja base é separar os prótons dos nêutrons.

2. Neutron

O nêutron é a partícula subatômica que, junto com os prótons, forma o núcleo de um átomo. Tem uma massa muito semelhante à do próton, embora neste caso não tenha carga elétrica. O número de nêutrons no núcleo não determina (como os prótons faziam) o elemento, mas determina o isótopo, que é uma variante mais ou menos estável de um elemento que perdeu ou ganhou nêutrons.

A energia nuclear é baseada no bombardeio com nêutrons aos átomos de plutônio (ou urânio) para que seu núcleo se quebre e a energia seja liberada, como explicamos antes.

Para saber mais: "Os 21 tipos de energia (e suas características)"

3. Hadron

O hadron é um partícula subatômica composta de quarks, algumas partículas elementares que veremos mais tarde. Para não entrar em terrenos muito complexos, vamos ficar com a ideia de que essas partículas mantêm os quarks unidos graças a uma interação nuclear muito forte.

O Grande Colisor de HádronsInaugurado em 2008 perto de Genebra, é o maior acelerador de partículas e, de fato, a maior máquina já construída pelo homem. Nele, hádrons colidem em velocidades próximas à da luz, esperando para detectar partículas subatômicas que explicam as leis do Universo. Graças a ele, foi confirmada a existência do famoso Bóson de Higgs, que veremos mais tarde.

O Large Hadron Collider tem uma circunferência de 27 km.

Partículas subatômicas elementares

Partículas elementares são aquelas que não são formados pela união de várias partículas subatômicas. Eles são o que tradicionalmente conhecemos simplesmente como "partículas subatômicas". Vamos ver eles.

4. Elétron

O elétron já é uma partícula subatômica propriamente dita, pois pode existir independentemente do átomo e, além disso, não é formado pela união de outras partículas. É uma partícula 2.000 vezes menor que um próton e tem carga elétrica negativa. Na verdade, é a menor unidade eletricamente carregada da natureza.

Está separado do núcleo, mas orbita em torno dele devido à atração elétrica com o núcleo (que tem carga positiva), por isso são essenciais para estabelecer ligações químicas com outros átomos.

Uma das coisas que dizemos que, neste nível, as coisas não funcionam como em nosso "mundo" é porque os elétrons apresentam comportamento dual. Se olharmos para eles, vemos que eles se comportam como uma onda e como uma partícula ao mesmo tempo. Isso, que não faz sentido do nosso ponto de vista, está sendo estudado pela física quântica.

Deve-se notar que o elétron é um tipo de lepton, que é uma família de partículas subatômicas incluindo este elétron, mas também as partículas conhecidas como múon (semelhante ao elétron, mas 200 vezes maior) e tau (duas vezes maior que um próton, mas com uma vida de apenas um trilionésimo de segundo).

5. Quark

Quarks são os constituintes dos prótons e nêutrons. Até hoje, 6 dessas partículas subatômicas são conhecidas, mas nenhuma delas parece existir independentemente fora do átomo. Ou seja, os quarks estão sempre formando prótons e nêutrons.

Essas duas partículas subatômicas, então, existem em função do tipo de quark que as constitui. Em outras palavras, se um elemento químico ou outro é formado depende de como esses 6 tipos de quarks são organizados. Sua existência foi comprovada na década de 1960.

6. Boson

Um bóson é uma partícula subatômica que explica a natureza de todas as interações fundamentais que existem no Universo, exceto a gravidade. São partículas que, de alguma forma, transmitem as forças de interação entre o resto das partículas. São partículas que carregam as forças que mantêm os prótons e nêutrons juntos, a força eletromagnética (que liga os elétrons ao núcleo para que orbitam) e a radiação.

Os fótons, que são partículas de luz, são um tipo de bósons. O bóson de Higgs é um tipo de partícula subatômica cuja existência foi demonstrada em 2012 e que finalmente permitiu encontrar a partícula elementar que deu origem à massa de todas as outras partículas. Isso significa que, por enquanto, a única coisa que falta encontrar é a partícula responsável pelas interações gravitacionais.

Recomendamos a leitura: "Os 10 materiais e objetos mais densos do Universo"

7. Neutrino

O neutrino é uma partícula subatômica sem carga elétrica e uma massa tão incrivelmente pequena que é considerada zero, o que o torna incrivelmente difícil de detectar, embora tenha sido alcançado na década de 1950. A cada segundo, 68 milhões de neutrinos passam por cada centímetro quadrado do nosso corpo e da Terra.

Isso significa que os neutrinos passam pela matéria (até mesmo uma parede de concreto) sem atingir nada, como a luz que passa através do vidro. Esta massa muito pequena (anteriormente se acreditava que eram partículas sem massa, mas hoje sabemos que este não é o caso) faz pode viajar praticamente na velocidade da luz.

Acredita-se que os neutrinos se formem em reações nucleares nos núcleos das estrelas e, devido à dificuldade de sua detecção, eles são conhecido como "partículas fantasmas".

O Japão construiu uma instalação incrível para detectar neutrinos. Está totalmente isolado de qualquer outra radiação cósmica, para tentar que somente essas partículas possam entrar.

8. Graviton

Como já dissemos, a gravidade é a única força no Universo que, por enquanto, não pode ser explicada pela física quântica. A massa, a força nuclear, o eletromagnetismo ... Tudo já foi entendido por meio de partículas que transmitem essas forças, como é o caso do Bóson de Higgs, responsável pela massa da matéria.

Mas a gravidade continua sendo a grande incógnita. Qual partícula transmite a atração gravitacional entre galáxias com milhões de anos-luz de distância? Entre todos os objetos, de planetas a estrelas, passando por buracos negros ou galáxias (e, em geral, todos os corpos com massa, incluindo nós), deve haver algo que transmita gravidade.

Por isso, os físicos quânticos procuram o que já chamaram de gráviton, partícula subatômica que explica o fenômeno da gravidade como o bóson de Higgs, cuja existência foi proposta nos anos 60 mas não foi confirmada até 2012. explicou a gravidade. De qualquer forma, a existência deste gráviton hipotético não foi confirmada. Quando isso for feito, estaremos muito mais perto de realizar o casamento entre a física quântica e a relatividade geral.

Recomendamos que você leia: "Albert Einstein: biografia e resumo de suas contribuições para a ciência"