Para uma elucidação a respeito das quatro forças fundamentais do Universo, vale a leitura deste artigo em Ciência Hoje.
1 - A força nuclear forte:
De todas as forças, a mais poderosa força, de longe, é a força nuclear forte. Além disso, esta força tem uma das distâncias mais curtas de interação.
A força forte é hoje vista de duas maneiras:
a força forte propriamente dita que atua entre os quarks dos núcleons;
a força forte residual, que atua entre os prótons e os nêutrons, sendo esta força residual uma manifestação da força forte a uma escala maior.
a força forte residual, que atua entre os prótons e os nêutrons, sendo esta força residual uma manifestação da força forte a uma escala maior.
A força nuclear forte é a força responsável pela coesão do núcleo atômico. Como é possível o núcleo atômico não “explodir” já que todos os prótons possuem carga elétrica positiva?
Para enfrentar tal questão, devemos conhecer quem são os quarks.
Os bárions (prótons e nêutrons) são constituídos por quarks. Em um próton há dois quarks up e um quark down e em um neutron há dois quarks down e um quark up.
Os quarks estão "colados" em conjunto por partículas chamadas glúons, cuja força de atração é muito grande.
Glúons são expressões elementares de interação entre quarks, e estão indiretamente envolvidos com a ligação de prótons e nêutrons juntos no núcleo atômico, por meio da força nuclear forte.
A antipartícula de um glúon é outro glúon sendo que eles se apresentam sob oito cores.
Em termos técnicos, que são bosons vetoriais de gauge que medeiam as interações forte carga de cor dos quarks na cromodinâmica quântica (QCD).
Ao contrário do fóton eletricamente neutro da eletrodinâmica quântica (QED), os próprios glúons carregam carga de cor e, portanto, participam da interação forte, além da mediação, tornando a QCD significativamente mais difícil de analisar do que QED.
Já um quark é uma partícula elementar e um constituinte fundamental da matéria. Os quarks se combinam para formar partículas compostas chamadas hadrons, sendo que destas as mais estáveis são os prótons e nêutrons, os componentes dos núcleos atômicos.
Devido a um fenômeno conhecido como confinamento de cor, os quarks não são encontrados de forma isolada, mas somente dentro hadrons. Por esta razão, muito do que é conhecido sobre quarks foi elaborado a partir de observações dos próprios hádrons.
Por meio da teoria quântica, verificou-se que há seis tipos diferentes de quarks, porém apenas duas ocorrem na natureza.
Estes quarks são:
UP (U); O quark up é um férmion de spin 1/2 e número bariônico 1/3. Ele pertence a primeira geração da matéria, e dos quarks, com a carga elétrica de +(2/3)e, sendo o mais leve de todos, com massa pura entre 1.5 e 4 MeV/c2.
É um dos principais constituintes da matéria. Ele, juntamente com o quark down, forma o nêutrons (um quark up, dois quarks down) e prótons (dois quarks up, um quark down) de núcleos atômicos.
DOWN (D); O quark down é o segundo mais leve de todos os quarks, um tipo de partícula elementar, e um dos principais constituintes da matéria. Ele, juntamente com o quark up, formas de nêutrons (um quark up, dois quarks down) e prótons (dois quarks up, um quark down) dos núcleos atômicos.
Faz parte da primeira geração da matéria, tem uma carga elétrica -1 / 3 e nua e uma massa de 3,5-6,0 MeV/c2. Como todos os quarks, os quarks down é um férmion fundamental com o spin-1 / 2
CHARM (C); O quark charm é a terceira maior massa de todos os quarks, um tipo de partícula elementar, e um dos principais constituintes da matéria. quarks Charm são encontrados em hádrons, que são partículas subatômicas feita de quarks. Exemplo de hádrons contendo quarks charme incluir o J / ψ méson (J / ψ), mesons D (D), bárions encantado Sigma (Σc), e outras partículas encantado.
STRANGE (S); O quark strange é o terceiro mais leve de todos os quarks, um tipo de partícula elementar, e um dos principais constituintes da matéria. Quarks strange são encontrados em hádrons, que são partículas subatômicas.
Exemplo de hádrons contendo quarks estranhos incluem kaons (K), mésons estranhos D (Ds), bárions Sigma (Σ), dentre outras partículas estranhas. O quark estranho às vezes era chamado de quark lateralmente no passado.
BOTTOM (B); O quark bottom, também conhecido como quark beauty, é um quark de terceira geração com uma taxa de -1 / 3 e.
Apesar de todos os quarks serem descritos de forma semelhante pela cromodinâmica quântica, a grande massa do quark bottom (cerca de 4.200 MeV/c2, um pouco mais de quatro vezes a massa de um próton), combinado com baixos valores da matriz CKM de elementos Vub e VCB, lhe confere uma assinatura inconfundível que faz com que seja relativamente fácil de ser identificada experimentalmente (usando uma técnica chamada B-tagging - um exemplo do método jet e flavor tagging usado nos modernos experimentos de física de partículas de alta energia).
TOP (T);O quark top, ou quark verdade, é uma partícula elementar e um constituinte fundamental da matéria. Como todos os quarks, o top quark é um férmion fundamental com o spin-1 / 2.
Tem uma carga elétrica de 2 / 3 e, e é a o que tem maior massa dentre todas as partículas elementares observadas.
O bóson de Higgs, que pode ser tão grande, ainda não foi observado experimentalmente. Sua massa se apresenta na ordem de 173,1 ± 1,3 GeV/c2, que é aproximadamente a mesma massa de um átomo de tungstênio.
Os quarks UP e DOWN formam os prótons e nêutrons, enquanto os demais são formados em hádrons instáveis em aceleradores de partículas.
Dentro dos núcleos atômicos, a fim de que estes se mantenham coesos, quem faz o papel de partícula estabilizadora é o nêutron. Os nêutrons interagem com os prótons por meio dessa força.
No contexto de prótons e nêutrons (nucleons - nome coletivo para prótons e nêutrons) para que os átomos se formem, a interação forte é chamada de força nuclear (ou força forte residual).
Neste caso, é o resíduo da interação forte entre os quarks que formam os prótons e nêutrons. Como tal, a interação forte residual obedece a um comportamento completamente diferente, dependente da distância entre os núcleons, que quando ele está agindo dentro de quarks, de modo a vincular estes nucleons.
Acredita-se (este "acreditar" é em sentido científico, pois há evidências teóricas para tal) que a força forte seja mediada por glúons, agindo sobre quarks, antiquarks, e sobre os próprios glúons, o que é objeto de estudo da teoria da cromodinâmica quântica (QCD).
Acredita-se (este "acreditar" é em sentido científico, pois há evidências teóricas para tal) que a força forte seja mediada por glúons, agindo sobre quarks, antiquarks, e sobre os próprios glúons, o que é objeto de estudo da teoria da cromodinâmica quântica (QCD).
Quando o núcleo atômico é quebrado, parte da energia acumulada pela ação dessa força é liberada, provocando o processo de fissão nuclear, presente nos reatores nucleares ou na bombas atômicas. Essa força também atua no interior das estrelas, como o Sol. Esse processo, chamado de fusão nuclear, faz com que quatro prótons se convertam em um núcleo de hélio, liberando grande quantidade de energia.
A força nuclear forte é uma força de curto alcance, atuando na escala nuclear, sendo muito mais intensa que a força eletromagnética que atua entre os prótons. O nome coletivo para prótons e nêutrons é núcleons.
O conceito de uma força nuclear foi quantitativamente construído em 1934, logo após a descoberta do nêutron que revelou serem os núcleos atômicos formados por prótons e nêutrons, mantidos juntos por uma força atrativa.
A força nuclear naquele momento foi concebida para ser transmitida por partículas chamadas mésons, previstos na teoria quântica, antes de serem descobertos, no ano de 1947.
Na década de 1970, revelou-se uma maior compreensão a respeito dos mésons como combinações de quarks e glúons, transmitida entre nucleons. Este novo modelo permitiu que as forças fortes que mantêm os núcleons coesos, fosse sentida em núcleons vizinhos, como força residual forte.
A força nuclear quase independe se os núcleons são nêutrons ou prótons. Esta propriedade é chamada independência de carga. que depende se os spins dos núcleons são paralelos ou antiparalelos, e se tem um componente não-central ou tensor. Esta parte da força não conserva o momento angular orbital, que é uma constante do movimento sob força central.
A força nuclear forte residual é representada pela troca de um méson pi entre o próton e o nêutron.
A força nuclear forte residual é representada pela troca de um méson pi entre o próton e o nêutron.
O pion é compreendido como a partícula que medeia a interação entre um par de núcleons. Essa interação é atrativa, ou seja ela mantém os núcleons juntos.
Escrito de uma forma não-relativística, é chamado de potencial de Yukawa. O pion, como não possui um spin, tem cinemática descrita pela equação de Klein-Gordon. Nos termos da teoria quântica, a teoria de campo efetiva Lagrangeana que descreve a interação núcleon-píon a qual é chamada de interação de Yukawa.
Se a força forte não existisse, a matéria deixaria de existir. Mais especificamente, se os glúons que mantêm os quarks no próton desaparecessem, os quarks cairíam para fora do próton. Essencialmente o universo não contém nada além de quarks up e down, os quais são os "blocos de construção" da matéria.
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