OS ARGUMENTOS DO DESESPERO DE UM CRIACIONISTA: AGORA CONTRA TEORIAS ACERCA DO UNIVERSO - parte 1

Mais uma vez ao vagar pela internet encontro duas pérolas criacionistas elaboradas pelo Sr. Michelson Borges:

PEROLA 1 - FÉ NOS UNIVERSOS PARALELOS (aqui), também publicada no Observatório da Imprensa (aqui) e retirada daqui:

PÉROLA 2: PROVA MATEMÁTICA DE QUE O UNIVERSO TEVE UM COMEÇO (aqui) retirada daqui.

De combatente ferrenho a teoria da evolução, agora O Sr. Michelson passou a combatente de teorias acerca do universo. Ressalta-se que ele, embora tenha formação em jornalismo, se auto-intitula jornalista científico [SIC – em homenagem a ele]. 

Porém, seus artigos, ao invés de se restringirem a veicular a reportagem acerca de alguma novidade científica, mantendo sua imparcialidade ou fazendo algum comentário inteligente, simplesmente as deturpa, com um amontoado de “notas”, sem o mínimo discernimento e conhecimento acerca da matéria tratada.

As infelizes notas anexadas às matérias científicas (matérias por sinal, bem interessantes) têm como intuito desqualificar as pesquisas científicas, para meramente fazer apologia ao criacionismo bíblico, vertente apoiada pela Igreja Adventista do Sétimo Dia - IASD, a qual este senhor pertence.

Pergunto: seria tal postura realmente fazer jornalismo científico? Ou tal postura nada mais seria que apologética fundamentalista cristã?

Vejamos o que ocorreu ao longo dos artigos:

Pedirei licença ao leitor  para não citar os artigos em si, mas apenas me restringir às infelizes notas, para as quais a resposta se encontra no site do Observatório da Imprensa, as quais copiarei aqui. 

Meus comentários estarão em cor azul.

 

NOTA ACERCA DA PÉROLA 1

Nota: Aparentemente, a teoria dos multiversos visa a convenientemente “explicar” o fato de o Universo ter as condições ideais para o “surgimento” e a manutenção da vida (princípio antrópico). Como explicar a origem de um universo perfeitamente “tunado”, com leis e constantes finamente ajustadas que sugerem a ideia de que o cosmos parecia já estar esperando por nós? 

 Não Michelson. O Cosmos não estava esperando por nós, pelo predador, pelo ET, pela galera de Independence - Day, da guerra dos mundos ou de qualquer outro eventual ser vivo que possa existir neste universo, sem ser personagem de uma obra de ficção. 


Vejamos por que:

De acordo com os físicos, quando tratamos acerca das leis do universo, uma pequena mudança nestas leis poderia causar um desastre que impediria a evolução normal do Cosmos e a possibilidade de vida seria algo impossível.

As leis mais marcantes do universo se definem nas quatro forças fundamentais: a interação forte, a interação fraca, a interação eletromagnética e a interação gravitacional. 

 
 Como exemplo, caso fosse alterada a força nuclear forte (aquela que mantém o núcleo atômico coeso, ligando os quarks em prótons e nêutrons), para mais forte ou mais fraca, as estrelas não forjariam oquantidades suficientes de carbono e de outros elementos que parecem ser indispensáveis à formação de planetas e, consequentemente, à vida.

Caso o próton fosse 0,2% mais pesado, decairia quase que inteiramente em nêutrons e o hidrogênio primordial não teria se formado, pois os átomos não se formariam. 

A proporção entre o tamanho do Universo visível e um elétron é igual à proporção com que a intensidade da força eletrostática entre os elétrons e os prótons excede a força gravitacional entre eles. 

No que se refere à constante cosmológica (que em unidades de Planck tem valor da ordem de 10 ^-122 - adimensional - ver aqui), se ela fosse pouca coisa maior do que é, o universo se recolapsaria uma fração de segundo após o big - bang e, se ela fosse menor o universo seria dilacerado em uma expansão sem limites. Em nenhum caso galáxias, estrelas, planetas e a vida se formariam. 

Sem a força eletromagnética, a luz não existiria e, tampouco, haveria átomos e as ligações químicas que permitem a elaboração de substãncias inorgânicas e orgânicas. Não haveria planetas e nem vida.

Sem a força da gravidade, não haveria forças para colapsar a matéria e proporcionar a formação das estrelas, galáxias e planetas e, portanto, haveria a ausência de vida.

 Sem a força nuclear fraca, não haveria o decaimento de prótons em nêutrons e vice-versa. 

Aqui nosso texto merece esmiuçar a força fraca e suas particularidades. Assim, vamos viajar por esta força fundamental do Universo.

A FORÇA NUCLEAR FRACA E SUAS CONSEQUEÊNCIAS:

A força nuclear fraca é uma das forças fundamentais menos familiares. Ela opera apenas sobre as escalas de distância extremamente curtas encontradas no núcleo atômico.

A força fraca é responsável por decaimento radioativo, pois causa instabilidade nos núcleos e, também exibe uma simetria peculiar não vista nas demais forças.

Alterações elétricas produzem forças eletromagnéticas e a cor produz a força forte. Léptons não têm cor, assim eles não participam das interações fortes. Neutrinos não têm nenhuma mudança, logo eles não experimentam forças eletromagnéticas. Todavia, tanto léptons como neutrinos experimentam as interações fracas.

Na realidade, a força fraca é mais forte que a força eletromagnética. Suas partículas mensageiras são os bósons W e Z, as quais são tão massivas e lentas, que não transmitem realmente toda sua força intrínseca. Ler aqui sobre os bósons Z e W.

Em contraste com as forças eletromagnética e forte, a intensidade da força fraca é diferente para as partículas e para as antipartículas (violação de carga); para sua imagem de espelho (violação de paridade) e a reversão de tempo para processo de dispersão  (violação de tempo).

A transformação CPT é formada pela combinação de três transformações: conjugação de carga (C), de inversão de paridade (P), e o tempo de inversão (T).

•       C converte uma partícula em sua antipartícula.

•        P transforma um objeto em sua imagem no espelho, mas de cabeça para baixo.

•           T muda a direção do fluxo do tempo.

Esta força fundamental da natureza está por trás de algumas formas de radioatividade, governa o decaimento de partículas subatômicas instáveis como mésons, e inicia a reação de fusão nuclear que alimenta o Sol.

A força fraca (ler aqui) é a responsável pelo decaimento radioativo que:

• Gera a luz solar;

• Permite diagnósticos e tratamentos médicos avançados, por meio de isótopos radioativos;

• Possibilita determinar a idade de materiais orgânicos abundantes em isótopos de carbono;

• Possibilita determinar a idade da terra por meio da datação radioativa.

• Fornece o aquecimento para a Terra, sendo a fonte de energia para a tectônica de placas, através do decaimento de isótopos radioativos pesados (Urânio e Tório) no núcleo do planeta.

A força fraca age sobre todos os férmions conhecidos, isto é, partículas elementares com valores meio-inteiros de momento angular intrínseco, ou spin.  As partículas interagem através da força fraca, trocando entre si partículas transportadoras de força, conhecidas como partículas W e Z (bósons da força fraca).

Estes bósons são pesados, com massas de cerca de 100 vezes a massa de um próton. Sua massa define a natureza extremamente curta de alcance da força fraca, e que faz com que a força fraca aparecer muito tênue em baixas energias, associadas com radioatividade.

Devido à grande massa de seus mediadores, o decaimento provocado pela força fraca é muito mais improvável que o decaimento da força forte ou da força electromagnética, e, consequentemente, ocorre de forma muito mais lenta.

Por exemplo, um píon neutro (que decai eletromagneticamente) tem uma vida de cerca de 10^-16 segundos, enquanto um píon carregado (que decai através da interação fraca) demora a cerca de 10^-8 segundos, uma centena de milhões de vezes mais tempo. Esta partícula explica as propriedades de baixa energia da força nuclear forte, uma vez que medeia a interação entre um par de núcleons.

 Esta interação entre núcleons é atrativa e se denomina potencial de Yukawa.

O píon é um méson de spin nulo, sendo que o píon positivo é compósto por um quark up e por um antidown e o píon negativo é composto por um quark down e por um antiup. Já o píon neutro é composto por um quark up e por um antiup ou por um quark down e um antidown. Estes dois possuem um mesmo número quântico e são encontrados de forma sobreposta.

Ler aqui acerca das reações de decaimento do píon. Ler aqui sobre a teoria da interação forte de Yukawa.

Já, um nêutron livre (que também decai através da interação fraca) vive cerca de 15 minutos.

A intensidade da força fraca entre quarks (ler aqui sobre os quarks) e léptons interagindo entre si pode ser caracterizada pela sua carga fraca (distinta da sua carga elétrica).

A eficácia da força fraca está confinada a uma faixa de distâncias de 10^-17 metros, cerca de 1 por cento do diâmetro de um núcleo atômico típico. Em decaimentos radioativos a intensidade da força fraca é de cerca de 100.000 vezes menor que a intensidade da força eletromagnética.

Para "longas" distâncias, aproximadamente a largura de um próton, a carga fraca parece menor, por causa das flutuações quânticas no vácuo. Cada partícula é cercada por uma nuvem de partículas efêmeras que efetivamente formam uma tela entre elétrons que interagem entre si.

As cargas provenientes da força fraca de quarks e léptons são comparáveis ​​às suas cargas eletromagnéticas, uma manifestação de como o eletromagnetismo e a força fraca são componentes de uma força unificada, denominada eletrofraca. A força fraca, portanto, tem intrinsecamente a mesma força que a força eletromagnéticas.

Muitas partículas subatômicas são instáveis ​​e decaem pela força fraca, mesmo que elas não possam decair pela força eletromagnética ou pela força forte.

Os tempos de vida para as partículas que decaem por meio da força fraca, variam na faixa de 10^-13 segundos, até 896 segundos, que é a vida média do nêutron livre.


A força fraca tem uma propriedade única: causa mudança no sabor dos quarks, o que não ocorre em qualquer outra interação. Este fenômeno é estudado pela flavordinâmica.

Essa mudança de sabor de um quark para outro tipo, se dá pela emissão ou absorção de um bóson intermediário virtual, como por exemplo um quark up se converte em um down mais um bóson W+.  Somente o processo da força nuclear fraca é capaz de permitir que quarks e léptons mudem de sabor.

É isso que causa o decaimento beta, em que um nêutron se converte em um próton mais um elétron e um antineutrino do elétron (decaimento beta negativo) - e. g.  C(14,6) decaíndo em N(14,7).

Já o decaimento beta positivo libera um pósitron e um neutrino do elétron. E.g. F(18,9) decaindo para O(18,8).

 

Além disso, a força fraca também quebra a simetria de paridade e a simetria-CP (carga e paridade). A mudança do sabor dos quarks permite aos quarks e aos antiquarks trocar o seu sabor, de um dos seis (up, down, bottom, top, charm e strange), para outro.

 

 De forma a entendermos a questão da simetria, temos de entender um pouco sobre leis de conservação.

As quatro leis da conservação clássicas são:

Conservação da massa e energia (1);

Conservação da carga elétrica (2);

Conservação do momento linear (3);

Conservação do momento angular (4);

Na relatividade (5).

No mundo das partículas elementares, para que este venha a ter sentido, há outras leis de conservação como (mais aqui, aqui, aqui, aqui e aqui):

Conservação do número leptônico do elétron e do múon (1);

Conservação da estranheza (2, 2A); 

Conservação do isospin (3, 3A);

Conservação da terceira componente do isospin (4);

Conservação do número bariônico (5);

Conservação da inversão temporal (6, 6a, 6b, 6c);

Conservação da conjugação de carga (7, 7a);

Conservação da paridade (8, 8A);

Conservação da conjugação de carga e paridade -CP (9, 9a, 9b, 9c, 9d); conjugação de carga, da paridade conjugação de carga, da paridade

Conservação da conjugação de carga, da paridade e da inversão temporal - CPT (10, 10a, 10b,10c,10d,10e, 10f,10g);  


A simetria CP é a combinação de simetria-C (simetria de conjugação de carga) e da simetria-P (simetria de paridade).

Esta forma de simetria afirma que as leis da física devem ser as mesmas se uma partícula for trocados com sua antipartícula (simetria C), e depois se à esquerda e à direita também forem trocados (simetria P).

 A simetria-CP é o produto de duas simetrias: C para a conjugação de carga, que transforma uma partícula em sua antipartícula, e P para paridade, que cria a imagem espelho de um sistema físico.

A idéia por trás simetria de paridade é que as equações da física de partículas são invariantes sob a inversão-espelho. Isto leva à previsão de que a imagem de espelho de uma reação (por exemplo, uma reação química ou de decaimento radioativo) ocorre na mesma taxa que a reação original. A simetria de paridade parece ser válida para todas as reações envolvendo eletromagnetismo e interações fortes.

Para a simetria–C, as leis do eletromagnetismo (tanto clássica como a quântica) são invariantes sob essa transformação: se cada carga q fosse substituída por uma carga -q e as direções dos campos elétricos e magnéticos fossem invertidas, a dinâmica preservaria a mesma forma.

Assim, as leis da física seriam as mesmas ao substituir as partículas de carga positiva pelas partículas de carga negativa.

No caso da simetria–C para a força fraca, um neutrino canhoto seria tomado, por conjugação de carga, como um antineutrino canhoto, o qual não interage no modelo padrão. Esta propriedade é o que se entende por "violação máxima" de simetria-C na interação fraca.

Embora a simetria-P seja conservada no eletromagnetismo, nas interações fortes e na gravidade, verifica-se que é violada nas interações fracas.  O Modelo Padrão incorpora a violação da paridade, expressando a interação fraca como uma interação de calibre quiral.

A simetria P indica que as leis da física permaneceriam inalteradas em um espelho, ou seja, o universo se comportaria como sua imagem invertida.

 

Somente os componentes canhotos de partículas e os componentes destros de antipartículas participam de interações fracas no modelo padrão. Isto implica que a paridade não é uma simetria do nosso universo, a menos que um setor espelho escondido exista para que a paridade seja violada no caminho oposto.

Estas duas simetrias combinadas originam a simetria carga-paridade, ou simetria CP.

As leis conhecidas da física são perfeitamente simétricas com relação ao tempo, o que leva a não haver algo como uma seta do tempo.

Para a física moderna, os processos físicos poderiam ser "rebobinados" no tempo e continuariam fazendo sentido, pois as leis matemáticas da física funcionam tão bem para os eventos, seguindo seu curso inexorável para o futuro quanto, retornando para o passado. 

A primeira evidência clara e direta da violação da simetria-T (aqui, aqui e aqui) se refere ao decaimento dos mésons B neutros em estados quânticos emaranhados. Devido a este emaranhamento, o modo de decaimento de um méson B, instantaneamente, fixa o estado de seu parceiro, talvez há um milímetro de distância.

Esta é a primeira evidência de que, mesmo no nível microscópico, o tempo flui em uma direção preferencial. Ou seja, o tempo possui uma natureza assimétrica. Ver reportagem aqui. 

 Carregando o pesado quark bottom, o méson B é cerca de cinco vezes a massa do próton, e vive quase um picosegundo.

O emaranhamento para determinar as taxas de transição entre autoestados do méson B dependem da direção temporal, de uma forma que só pode ser atribuída à violação da simetria de T. O sinal da violação-T é um robusto desvio de 14 padrões (14 sigma !!!! - bastam apenas 5 sigma para uma descoberta em física), e a sua amplitude é consistente com a preservação da simetria CPT.

Analisando 10 anos de dados que registraram bilhões de colisões de partículas, os pesquisadores descobriram que determinados tipos de partículas decaem muito mais frequentemente de uma forma que de outra, algo não suportado pela teoria.

Os dados revelaram que os mésons B e os mésons B-bar de fato se comportam de formas diferentes, formas que violam a chamada simetria CP, que incorpora as simetrias de carga (positivo versus negativo) e paridade (algo como uma realidade e esta mesma realidade no espelho).

O decaimento das partículas é diferente nos dois casos, o que fornece a primeira evidência experimental direta da violação da simetria de reversão do tempo.

A simetria CPT (carga-paridade-tempo) era a hipótese, agora derrubada, de que as interações físicas não se alteram se você inverter a carga de todas as partículas, mudar sua paridade - isto é, inverter suas coordenadas no espaço - e reverter o tempo.

A quebra da simetria-T na física de partículas, está relacionada com a assimetria CP entre matéria e antimatéria, necessária para gerar o universo atual de matéria em algum momento de sua história. 

A invariância absoluta da simetria-CPT, é um teorema alicerce do modelo padrão, o qual prevê que as interações fracas devem violar a invariância-T para compensar a violação de CP.

O teorema CPT afirma que, para qualquer sistema de partículas, as simetrias devem permanecer equilibradas. O que significa que, se a simetria CP não for cumprida, a simetria T também deve falhar.

Foi exatamente isto que os cientistas acabam de registrar em seus dados - há 1 chance em 10^43 de que os dados sejam devidos ao acaso. 

Quando vistos em termos quânticos, os eventos que aumentam a entropia do Universo deixam registros de si mesmos em seu ambiente. Os pesquisadores propõem que eventos que dessem marcha a ré no tempo, indo para o passado, reduziriam a entropia, não podendo deixar qualquer vestígio de terem ocorrido, o que equivale a não terem de fato ocorrido. Esta é a flecha quântica do tempo.

Na versão da mecânica quântica da entropia, não é o calor que flui quando a entropia muda, é a informação. 

A única evidência relacionada à violação T datava de 1964 (ler aqui, aqui e aqui) e havia sido encontrada no sistema de K neutro, em que a diferença entre as probabilidades de transição do kaón neutro para sua antipartícula e, desta, para a partícula foi medida na direção avante no tempo e na direção reversa e os resultados diferiram.

O káon carrega um número quântico denominado de estranheza, que descreve o decaimento de partículas nas interações fortes e nas eletromagnéticas, em um curto período de tempo. 

A estranheza se define como:

 

n_s  = número de quarks estranhos

n_s = número de antiquarks estranhos

Assim como a estranheza (strangeness) podemos atribuir números quânticos aos demais sabores de quarks como: bottomness, topness, upness, downness e charmness.

A conservação da estranheza ocorre, tanto nas interações fortes, como nas eletromagnéticas, porém é violada nas interações fracas. Dessa forma, as particulas leves que contêm um quark estranho não decaem pela interação forte, vindo a decair, muito lentamente, pela interação fraca e alterando o valor da estranheza de uma unidade.

Esta assimetria de mistura de sabores se trata, tanto da  violação-CP,  como da violação-T (as duas transformações conduzem à mesma observação), independentemente do tempo, e requerem um decaimento com faixa diferente de zero entre as massas dos autoestados dos kaóns a serem em observados.

A invariância na reversão do tempo implica que o nêutron não pode ter nenhum momento de dipolo elétrico, o que implica uma separação de propriedade de cargas internas e do campo elétrico externo, com suas linhas em laços, tal como o campo magnético da Terra.


Em física teórica, a cromodinâmica quântica (QCD) é a teoria da interação forte (força de cor), a força fundamental que descreve as interações entre quarks e glúons, as quais formam os hádrons (como o próton nêutron, ou pion). É o estudo da teoria de Yang-Mills do  SU (3) (grupo unitário especial), para as cargas de cor dos férmions (no caso, os quarks).

Em cromodinâmica quântica, o sabor é dado por uma simetria global. Na teoria eletrofraca, por outro lado, esta simetria é quebrada, e os processos de mudança de sabor existem, tais como o decaimento dos quarks ou as oscilações de neutrinos.

Aos léptons são atribuídos os seis números de sabores quânticos: número de elétrons, número de múon, número de tau, e os números correspondentes para os neutrinos. Estes números são conservados em interações eletromagnéticas, mas são violados nas interações fracas.

Portanto, esses números de sabores quânticos não são de grande utilidade. Um número quântico para cada geração é mais útil: no caso, número eletrônico (um para os elétrons e neutrinos de elétrons), o número de múon (+1 para múons e neutrinos do múon), e o número de tau (+1 para o tau e neutrinos do tau).

No entanto, mesmo estes números não são absolutamente conservadas, pois os neutrinos de gerações diferentes podem mesclar-se, ou seja, um neutrino de um sabor pode transformar em outro sabor.

O isospin fraco (T3) é uma propriedade (número quântico) de todas as partículas, que rege como estas interagem na interação fraca. O isospin fraco é, para a interação fraca, o que a carga elétrica é para o eletromagnetismo, e o que carga de cor é para a interação forte.

Na física de partículas, o isospin fraco é um número quântico relativo à interação fraca, e é  paralelo a idéia de isospin na interação forte.

Na física de partículas, isospin (spin isotópico ou spin isobárico) é um número quântico relacionado à interação forte. As partículas que são afetados igualmente pela força forte, embora tenham cargas diferentes (por exemplo, prótons e nêutrons) podem ser tratadas como sendo diferentes estados da mesma partícula, com valores de isospin relacionados com o número de estados de carga.

O isospin fraco é conservado da seguinte forma: a soma dos números de isospin fraco das partículas que saem de uma reação é igual a soma dos números de isospin fraco das partículas que entram nesta reação.

No que se refere aos quarks, cada um dos seus seis "sabores" pode ter três diferentes "cores" (azul, vermelho e verde). Estas cores se tratam de um número quântico, proposto por Yoishiro Nambu e Moo-Youn Han. 

Assim, como os quarks são coloridos, aos antiquarks cabe a cada qual uma anticor (ciano, magenta e amarelo). E.g. o antiquark vermelho tem sua anticor produzida misturando-se as cores que restam, no caso azul e verde, o que resulta na cor ciano.  





As forças dos quarks são atrativas apenas em "incolor", que é a combinação das três cores, como das anticores, o que resulta na partícula incolor.

Esta possibilidade de partícula incolor surge da combinações de três quarks (bárions), pares de quark-antiquark (mésons) e combinações possivelmente maiores, como o pentaquark que também poderia cumprir a condição incolor.


Cor significa interação forte, sendo um análogo à força eletromagnética.  O termo "cor" foi introduzido para rotular uma propriedade dos quarks que os permitiram, embora aparentemente idênticos, residirem na mesma partícula, por exemplo, dois quarks "up" no próton.

Para permitir que três partículas convivam e respeitem o princípio de exclusão de Pauli (aqui e aqui), a idéia de três cores primárias como vermelho, verde e azul, é que fazem a luz branca, tornou-se atraente. 

O aspecto da partícula incolor decorre da composição dos mésons, formados por um quark com cor e por um antiquark com anticor. E.g., novamente o píon positivo:

ele é formado por:

um quark azul e um antiquark amarelo;

um quark verde e um antiquark magenta;

um quark vermelho e um antiquark ciano.

 Ou seja, isso decorre de que todas as combinações resultam em branco.

A composição dos bárions resulta da combinação de três quarks com cores distintas:

Exemplo a partícula delta (delta 2+, delta+, delta- e delta0):

delta 2+ (UUU)

delta+ (UUD, UUD, UUD, UUD, UUD, UUD, UUD, UUD, UUD)


delta- (DDD)

delta0 (UDD, UDD, UDD, UDD, UDD, UDD, UDD, UDD, UDD)
 

A mesma situação se verifica com os barions lambda e ômega.


A linguagem sobre partículas "incolores" surgiu dessa combinação de cores. Esta teoria não se trata de dar uma cor aos quarks, na acepção da palavra, mas em oferecer três estados quânticos distintos.

Essas possibilidades de cores resultam da simetria SU(3), grupo especial unitário, com simetria rotacional em três dimensões, uma vez que dentro de suas variações, estas partículas possuem na verdade o mesmo comportamento e são a mesma coisa.

O modelo de quark, um exemplo brilhante de como simetrias - neste caso SU (3)- permitem explicar o zoológico de partículas observado, construíndo-as a partir de alguns poucos constituintes.

 

Esta simetria unitária é utilizada na física de partículas para descrever a simetria aproximada (o isospin) de prótons e nêutrons e, mais recentemente, o espectro de partículas apresentado no modelo dos quarks. 

O princípio da simetria encontra a sua aplicação mais poderosa simetrias de calibre, que são a base do modelo padrão da física de partículas.

Assim a cor não se trata de um bom número quântico para se observar partículas. Foi au que nasceu a cromodinâmica quântica (CQD), a qual propõe que os quarks, no interior dos hádrons estão grudados entre si pelos glúons, um bóson mediador da força forte.

 O princípio de exclusão de Pauli é o princípio da mecânica quântica pelo qual não há dois férmions idênticos (partículas com spinsemi-inteiro) ocupando o mesmo estado quântico simultaneamente. Mais rigorosamente, a função de onda total para dois férmions idênticos é anti-simétrica em relação à troca de partículas.

O princípio de exclusão de Pauli é parte de uma das nossas observações mais básicas da natureza: as partículas de spin semi-inteiro devem ter funções de onda anti-simétricas, e partículas de spin inteiro deve ter funções de onda simétricas.

Como os quarks são férmions com spin 1/2, eles devem obedecer ao princípio de exclusão de Pauli e não pode existir em estados idênticos. Assim, com três quarks estranhos, a propriedade de que as distingue devem ser capazes de pelo menos três valores distintos.

A propriedade “cor” pode ser considerada algo como uma "carga de cor", apresentando três valores distintos, com apenas partículas de cores neutras permitidas. Os termos "força de cor" e até mesmo "cromodinâmica quântica" têm sido usados​​, estendendo-se a identificação com os termos de cor. Os antiquarks têm cores, de modo que os mésons pode ser incolor tendo um vermelho e um quark "anti-vermelho".

A ideia da propriedade ”cor” é apoiada pelo fato de que todas as partículas observadas possuem frequentemente ou três quarks (bárions) ou dois (mésons), cujas combinações podem ser "incolor" ou "cor neutra" com os três valores de cor.

Isto não exclui "di-bárions" com seis quarks e outras combinações de mais de três quarks. A única indicação experimental da presença de tais partículas é a evidência recente de uma partícula penta-quark.

Dentro de um bárion, no entanto, a força de cor tem algumas propriedades extraordinárias que não se vêem na interação forte entre núcleons. A força de cor não cai com a distância e é responsável pelo confinamento dos quarks. 
 

A força de cor envolve a troca de glúons e é tão forte que a produção de energia do par quark-antiquark é atingida antes dos quarks poderem ser separados.

Os glúons também carregam cor e anticor em sua função de onda. Em havendo 3 cores e 3 anticores, podemos ter  9 espécies de glúons diferentes:

glúon - vermelho/magenta
 
glúon - vermelho/amarelo

glúon - vermelho/ciano

glúon - azul/ciano

glúon - azul/amarelo

glúon - azul/magenta

glúon - verde/magenta  

glúon - verde/ciano

glúon - verde/amarelo

 
 Entretanto, os glúons aqui apresentados trariam um mundo bem diferente do que conhecemos, uma vez que não pertencem á simetria de cor SU-(3). 

Nesta simetria, os glúons são os seguntes:

 1) um octeto:

1.1)  6 deles mudam a cor de um quark:

glúon - vermelho/magenta
 
glúon - vermelho/amarelo

glúon - verde/ciano

glúon - verde/amarelo


 glúon - azul/ciano
  
glúon - azul/magenta

   
Quando um glúon - azul/ciano encontra um quark vermelho, muda-lhe a cor para um quark azul.


1.2) Os outros dois são denominados diagonais:



glúon - 1/2 (glúon - vermelho/ciano - glúon - verde/magenta ) 

glúon - [1/(6^(1/2)] (glúon - vermelho/ciano + glúon - verde/magenta - glúon - azul/amarelo)
    

Estes aniquilam a mesma cor que produzem.

os oito estados são assim representados:



  
Onde a letra com barra superior é a anticor.

Estes estados são denominados "cor do octeto". 


 2 - um singleto que é um glúon solitário que não é importante, pois a soma de suas cores resulta em um glúon branco.

sua cor é

 Ou seja, caso se pudesse medir a cor do estado, não haveria probabilidades iguais de ele ser vermelho-ciano, azul-amarelo, ou verde-magenta. Esta é a cor dos hadrons observados na natureza.

Mais precisamente eles estão em um estado de "cor singleto" que é matematicamente análogo a um estado singleto de spin.

Esses estados permitem a interação com outros singletos de cor, mas não com estados de outras cores, porque interações de longo alcance entre glúons não existem. Portanto, glúons no estado singleto não existem.

Outra propriedade da força de cor é que parece exercer pouca interação em distâncias curtas. Dessa forma, os quarks são como partículas livres, dentro de um limite confinante da força de cor. Assim, somente experimentam a força forte quando começam a se distanciar atingindo o limite de confinamento.
 

A "liberdade assintótica" é utilizada para descrever este comportamento da interação entre quarks e glúons. Este é o modelo de bolsa de confinamento para os quarks.

Uma vez que os prótons e nêutrons que constituem o núcleo são formados por quarks, e considerando-se que os quarks são mantidos juntos pela força de cor, a força forte entre núcleons pode ser considerada como uma força de cor residual.

 No modelo padrão, portanto, a partícula intermediadora da força forte é o glúon que transmite as forças entre os quarks. Uma vez que os glúons e os quarks individuais estão contidos dentro dos prótons ou nêutrons, as massas que lhes são atribuídas não podem ser usadas na faixa de predição relacionada à força forte.

Quando algo é visto emergindo de um próton ou nêutron, então, este algo deve ser, pelo menos, um par quark-antiquark. Por isso, é então plausível que o pion, como o mais leve dos mésons, deve servir como um meio de predição do alcance máximo da força forte entre os núcleons.

Quarks sofrem transformações através da troca de bósons W. 

Essas transformações determinam a taxa e a natureza do decaimento dos hádrons (Bárions - formados por 3 quarks ou antiquarks e Mésons - formados por 2 quarks ou antiquarks), pela interação fraca.

Nêutrons ligados em núcleos atômicos podem ser estáveis, como aqueles que ocorrem nos elementos químicos conhecidos. Todavia, eles podem também dar origem, através de decaimentos fracos, para o tipo de radioatividade conhecida como decaimento beta. Neste caso, o tempo de vida do núcleo pode variar de um milésimo de segundo, a milhões de anos.

Apesar da baixa energia das interações fracas, elas são muito tênues. Ocorrem com frequência no centro do Sol e de outras estrelas, onde, tanto a temperatura, como a densidade da matéria são elevadas.

No processo de fusão nuclear (fonte de produção de energia estelar), dois prótons interagem através da força fraca, para formar um núcleo de deutério. Este núcleo reage com um próton para formar hélio-3, havendo a libertação concomitante de uma grande quantidade de energia.

As características da força fraca, incluindo a sua força relativa e sua faixa de atuação eficaz, bem como a natureza da suas partículas mediadoras, encontram-se sintetizadas no Modelo Padrão da física de partículas.

A carga fraca do elétron, QW (e), está intimamente relacionada à quantidade chamada de ângulo fraco mistura, qw, que descreve os pontos fortes relativos às interações eletromagnéticas e fracas. A relação entre os dois é dada aproximadamente pela equação Q_W(e) = -(1-4sin^2 (qw)).

A força fraca foi originalmente descrita, em 1930, por Fermi, pela teoria da interação de contato entre quatro férmions, o que quer dizer, que a força fraca é uma força sem intervalo de faixa, inteiramente dependente de contato físico. Atualmente, melhor descrita como um campo, dentro de uma faixa de valores, apesar de seu intervalo ser muito curto.

Após os primeiros instantes do Big-Bang, os quarks se uniram em grupos de três, para formarem a matéria bariônica; os prótons (dois ups e um down) e os nêutrons (dois downs e um up).

Em seguida,  grupos de 4 prótons se fundiram para formar os núcleos de Hélio-4, compostos por dois prótons e dois nêutrons, ao que denominamos de nucleossíntese, ocorrida quando o universo era frio o suficiente para que os bárions se formassem, mas quente o suficiente para que ocorresse sua fusão nuclear. 

Até hoje as estrelas realizam a fusão de quatro prótons em Hélio-4, o que ilumina e aquece o universo.

Conforme demonstra,a foto abaixo, o núcleo de hélio-4 é formado por dois prótons, dois nêutrosm e dosi elétrons, somente possivel de existir devido a força nuclear fraca.

Assim, sem a força nuclear fraca, as estrelas seriam impossíveis; portanto, a vida e toda sua química complexa não se realizariam.

Dessa forma, as leis da física, em particular as constantes que subsidiam essas leis, tal como as quatro forças fundamentais, parecem finamente ajustadas para possibilitar nossa existência. 

Isso tudo até parece induzir a explicações sobrenaturais, que por definição, estariam fora do escopo e objetivo científicos. 


Nesse sentido, em uma alusão ao princípio antrópico, propósito de existência do Universo e de todas as leis que o governam é justamente possibilitar o surgimento de vida inteligente no nosso planeta.