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Por longas eras, a humanidade tem tentado desvendar a composição exata do universo. Os gregos foram os primeiros a intuir a existência dos átomos, que eles acreditavam ser as menores partículas no universo, os “blocos construtivos” de tudo.
Durante 1.500 anos, não houve nada de novo no assunto, até a descoberta, em 1897, do elétron, que abalou as estruturas do mundo científico. Da mesma forma que a matéria era feita de átomos, os átomos pareciam ter seus próprios ingredientes.
Mas mesmo os prótons e nêutrons, os elementos que fazem o átomo, também são feitos de partes menores – os quarks. Cada nova descoberta carrega consigo novas perguntas. Será que o tempo e o espaço são apenas apenas grumos de migalhas minúsculas carregadas, muito pequenas para serem vistas? Talvez estas partículas teóricas possam explicar tudo – se pudermos encontrá-las.

10. Strangelets

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Existem seis tipos de quarks, sendo os mais comuns os quarks “up” e “down”, que fazem os prótons e nêutrons. Os quarks “strange”, por outro lado, não são tão comuns. Quando quarks “strange” se combinam com quarks “up” e “down” em números iguais, a partícula resultante chama-se strangelet, que forma os componentes da matéria “estranha”.
Segundo a hipótese da matéria estranha, os strangelets são criados na natureza quando uma estrela de nêutrons tem a pressão tão alta que os elétrons e prótons em seu núcleo se fundem, colapsando em um tipo de bolha densa de quarks, que chamamos de matéria estranha. E como teoricamente os strangelets podem existir fora do ambiente de alta pressão do centro de uma estrela, é provável que eles flutuem para fora destas estrelas e acabem entrando em outros sistemas estelares, incluindo o nosso.
E é aí que as coisas ficam malucas. Se existir, um strangelet grande pode converter um núcleo atômico em outro strangelet só de colidir com ele. O novo strangelet irá colidir com mais núcleos, convertendo-os em mais strangelets, em uma reação em cadeia até que toda a matéria na Terra seja convertida em matéria estranha. A comunidade científica leva a sério esta ameaça, tanto que os pesquisadores do Grande Colisor de Hádrons, maior acelerador de partículas do mundo, fez um comunicado à imprensa declararam ser improvável que eles acidentalmente criassem strangelets que poderiam destruir o planeta (basicamente, a natureza cria colisões de partículas muito mais poderosas. Se fosse o caso de criar strangelets na Terra por colisão de partículas, isto já teria acontecido há muito tempo).

9. S-partículas

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A teoria da supersimetria afirma que cada partícula do universo tem uma partícula oposta gêmea, conhecida como partícula supersimétrica ou s-partícula. Então, para cada quark, há um s-quark em perfeita simetria com ele. Para cada fóton, um fotino. O mesmo ocorre com todas as 61 partículas elementares conhecidas. Mas se existem tantas assim, por que não descobrimos até agora nenhuma delas?
Na física de partículas, partículas mais pesadas decaem mais rapidamente que as partículas leves. Se uma partícula for pesada o suficiente, ela se desfaz praticamente no mesmo instante em que é criada. Assumindo então que as s-partículas sejam incrivelmente pesadas, elas se desfariam em um piscar de olhos, enquanto suas superparceiras, as partículas que observamos na natureza, continuam a existir. Isto também explicaria por que há tanta matéria escura: as s-partículas poderiam compor a matéria escura e existir em um campo que é, até agora, não observável.

8. Antipartículas

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A matéria é feita de partículas e a antimatéria, de antipartículas. Faz sentido, certo? As antipartículas têm a mesma massa de partículas normais, mas carga e momento angular (spin) opostos. Parece com a teoria da supersimetria, mas diferente das partículas, as antipartículas se comportam exatamente como as partículas, inclusive formando anti-elementos, como o anti-hidrogênio. Basicamente, toda a matéria tem sua antimatéria correspondente.
Ou, pelo menos, deveria. E é aí que está o problema. Há bastante matéria por aí, mas a antimatéria não aparece em lugar nenhum, exceto no Grande Colisor de Hádrons. Durante os primeiros momentos do Big Bang, haviam quantidades iguais de partículas de matéria e antimatéria. A ideia é que toda a matéria do universo surgiu naquele ponto. Então, por padrão, toda a antimatéria teria que surgir junto.
Uma teoria afirma que existem outras partes do universo dominadas pela antimatéria. Tudo que podemos ver, mesmo as estrelas mais distantes, é composto de matéria. Mas o nosso universo visível pode ser apenas uma pequena seção do universo, e os planetas, estrelas e galáxias de antimatéria estariam em uma parte diferente deste universo.

7. Grávitons

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Neste momento, as antipartículas são um problema enorme para os teóricos de física de partículas. Outro problema, no entanto, é a gravidade. Comparada com outras forças, como o eletromagnetismo, a gravidade é fraca. E parece mudar sua natureza baseada na massa de um objeto – ela é facilmente observável em planetas e estrelas, mas quando você vai ao nível molecular, nada de gravidade. Além disso, o fenômeno não tem uma partícula portadora, como os fótons são portadores da força eletromagnética.
É aí que entra o gráviton. Ele é a partícula teórica que permitiria que a gravidade fosse encaixada no mesmo modelo das outras forças observáveis. Como ela exerce uma atração fraca em todos os objetos, independente da distância, deve ser sem massa. Isto teoricamente não seria problema – os fótons não têm massa e foram encontrados. A física avançou até o ponto de definir os parâmetros exatos que um gráviton deve ter, e assim que encontrarmos uma partícula – qualquer partícula – que combine com a descrição, teremos um gráviton.
Encontrar o gráviton é importante porque, da forma como são hoje, a relatividade geral e a física quântica são incompatíveis. Mas a um certo nível preciso de energia, conhecido como escala de Planck, a gravidade para de seguir as leis da relatividade e passa a obedecer as leis quânticas. Resolver o problema da gravidade pode ser a chave para uma teoria unificada.

6. Gravifótons

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Esta é outra partícula gravitacional teórica. O gravifóton é uma partícula que seria criada quando um campo gravitacional fosse excitado em uma quinta dimensão. Ele é previsto pela teoria Kaluza Klein, que propõe que o eletromagnetismo e a gravitação podem ser unificados em uma única força sob a condição que existam mais de quatro dimensões no espaço-tempo. Um gravifóton teria as características de um gráviton, mas também teria as propriedades de um fóton, e criaria o que os físicos chamam de uma “quinta força” (atualmente existem quatro forças fundamentais).
Outras teorias afirmam que o gravifóton seria uma superparceira (como uma s-partícula) dos grávitons, mas que atrairia e repeliria ao mesmo tempo. Ao fazer isto, os grávitons teoricamente criariam a antigravidade.

5. Préons

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O núcleo de um átomo de ouro possui 79 prótons. Cada próton é feito de três quarks. O diâmetro do núcleo do átomo de ouro é de cerca de oito femtômetros, ou oito milionésimos de nanômetro, e um nanômetro é um bilionésimo de um metro. Quarks são pequenos e os préons, que seriam as sub-partículas do quark, seriam tão infinitesimalmente pequenas que atualmente não há escala para medir seu tamanho.
Existem outras palavras para descrever os blocos que formariam os quarks, como primons, subquarks, quinks e tweedles, mas o préon é o mais aceito. E os préons são importantes porque atualmente os quarks são uma partícula fundamental – não tem como chegar a nada menor. Se os quarks forem compostos de outra coisa, isto abriria a porta para milhares de novas teorias. Por exemplo, uma teoria afirma que a antimatéria do universo está contida nos préons, e que todas as coisas têm antimatéria presa dentro de si. De acordo com esta teoria, você é em parte antimatéria, mas não pode vê-la porque os blocos de matéria são muito maiores.

4. Táquions

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Nada chega mais perto de quebrar as leis da relatividade que um táquion. É uma partícula que se move mais rápido que a luz, e se ela existir, isto significaria que a barreira da velocidade da luz não é mais uma barreira, mas um ponto central. Da mesma forma que partículas normais podem se mover com velocidade infinitamente baixa, um táquion poderia se mover a velocidades infinitamente rápidas.
E, bizarramente, o relacionamento com a velocidade da luz seria espelhado. Quando uma partícula normal acelera, sua energia aumenta. Para quebrar a barreira da velocidade da luz, ela precisaria de energia infinita. Para um táquion, quanto mais lento ele viaja, mais energia precisa. À medida que fica vagaroso e se aproxima da velocidade da luz pelo outro lado, ele vai precisando cada vez de mais energia. E quando ele acelera, precisa de cada vez menos energia, até que não precise de energia nenhuma para viajar a velocidade infinita.
Se os táquions realmente existirem, eles estarão presos para sempre do lado oposto da barreira que nós também não podemos ultrapassar. Uma pena, porque teoricamente os táquions poderiam ser usados para enviar mensagens para o passado.

3. Cordas

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Até agora quase todas as partículas que falamos são chamadas partículas puntiformes. Quarks e fótons existem como um ponto – um minúsculo ponto, se você quiser – com dimensões zero. A teoria das cordas sugere que estas partículas elementares não são pontos, mas cordas, ou fios com uma dimensão. No seu núcleo, a teoria das cordas é uma “Teoria de Tudo”, que consegue colocar juntas a gravidade e a física quântica (pelo que vimos até agora, elas não podem coexistir – a gravidade não funciona na escala quântica).
Em um sentido mais geral, a teoria das cordas é uma teoria quântica da gravidade. As cordas substituiriam os préons como os blocos construtores dos quarks, e em um nível maior tudo permaneceria igual. E na teoria das cordas, uma corda pode se tornar qualquer coisa dependendo de sua forma. Se for uma linha aberta, se torna um fóton. Se as pontas se conectam formando um laço, a corda se torna um gráviton – da mesma forma que um pedaço de madeira pode se tornar uma casa ou uma flauta.
Existem, na física, muitas teorias das cordas e cada uma delas prediz um número diferente de dimensões. A maioria declara existirem dez ou onze dimensões, e a teoria bosônica das cordas (ou teoria das supercordas) pede vinte e seis. Nestas outras dimensões, a gravidade tem uma força igual ou maior que as outras forças fundamentais, o que explicaria porque ela é tão fraca em nossas três dimensões espaciais.

2. Branas

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Quem quer uma explicação para a gravidade tem que dar uma espiada na Teoria-M ou Teoria das Membranas. As membranas, ou branas, são partículas que são capazes de envolver várias dimensões. Por exemplo, uma 0-brana é uma brana puntiforme que existe em zero dimensões, como um quark. Uma 1-brana tem uma dimensão – uma corda. Uma 2-brana é uma membrana bidimensional, e assim por diante. Branas de dimensões superiores podem ter qualquer tamanho – o que leva à teoria de que nosso universo é uma enorme brana com quatro dimensões. Esta “superbrana” – o nosso universo – é só uma parte de um espaço multidimensional.
Sobre a gravidade, nossa brana quadridimensional não pode contê-la, e ela “vaza” para outras branas conforme passa por elas no espaço multidimensional. Nós ficamos apenas com as sobras, o que explicaria porque ela é tão fraca comparada com outras forças.
Extrapolando, faz sentido ter muitas branas se movendo pelo espaço – infinitas branas em um espaço infinito. E a partir daí temos as teorias de muitos mundos e de universos cíclicos. As teorias de universos cíclicos afirmam que o universo se repete em ciclos, expandindo a partir da energia do Big Bang, e depois encolhendo por causa da atração gravitacional terminando em um Big Crunch. A energia da compressão causaria outro Big Bang, lançando o universo em outro ciclo.

1. Bóson de Higgs

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O bóson de Higgs teve sua descoberta confirmada em 14 de março de 2013, no Grande Colisor de Hádrons. Ele havia sido previsto teoricamente nos anos 1960 como a partícula que daria massa às outras partículas.
Basicamente, o bóson de Higgs é produzido no campo de Higgs e foi proposto como uma forma de explicar porque algumas partículas que deveriam ter massa na verdade não tinham. O campo de Higgs, que ainda não foi observado, teria que existir no universo todo e fornecer a força necessária para as partículas terem massa. E se isto for verdade, ele preencheria enormes vazios no Modelo Padrão, que é a explicação básica de praticamente tudo (exceto, como sempre, a gravidade).
O bóson de Higgs é vital porque prova que o campo de Higgs existe, e explica como a energia dentro do campo pode se manifestar como massa. Também é importante por que estabelece um precedente. Antes de ser descoberto, o bóson de Higgs era apenas uma partícula teórica. Ela tinha modelos matemáticos, parâmetros físicos para sua existência, como deveria ser seu spin, tudo. Apenas faltava uma evidência de sua existência. Mas baseado nestes modelos e teorias, fomos capazes de localizar uma partícula específica, a menor coisa no universo conhecido, que estava de acordo com essa hipótese.
Se conseguimos fazer isto uma vez, quem pode dizer que alguma destas outras partículas não pode ser real? [Listverse]

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Autor Felipe Sérvulo

Graduado em Física pela UEPB. Mestrando em Cosmologia, gravitação e física das partículas pela UFCG. Possui experiência na área de divulgação científica com ênfase em astronomia, astrofísica, astrobiologia, cosmologia, biologia evolutiva e história da ciência. Possui experiência na área de docência informática, física, química e matemática, com ênfase em desenvolvimento de websites e design gráfico e experiência na área de artes, com ênfase em pinturas e desenhos realistas. Fundador do Projeto Mistérios do Universo, colaborador, editor, tradutor e colaborador da Sociedade Científica e do Universo Racionalista. Membro da Associação Paraibana de Astronomia. Pai, nerd, geek, colecionador, aficionado pela arte, pela astronomia e pelo Universo. Curriculum Lattes: http://lattes.cnpq.br/8938378819014229
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