O conceito de um artista de vários tipos de partículas subatômicas.
Mark Garlick/Science Photograph Library
Esqueça as tartarugas; Para todos os propósitos práticos, são realmente partículas.
Seja como prótons e nêutrons que Ajude a formar elementos químicosos fótons que nós perceber como luz ou mesmo os fluxos de elétrons que poderão Nossos smartphonesPartículas subatômicas constituem essencialmente tudo o que qualquer um de nós jamais experimentará. Ironicamente, no entanto, porque são muito minúsculos, as partículas que sustentam nossa realidade cotidiana tendem a escapar de nosso aviso – e nossa compreensão.
Considere a questão aparentemente simples de seu tamanho, exatamente o que os torna tão estranhos. Normalmente, somos ensinados a imaginar toda e qualquer partículas como pequenas esferas coloridas, como se fossem coisas sólidas que pudéssemos colocar uma governante ao lado de determinar suas dimensões, como faríamos para qualquer outro objeto físico no mundo. Mas as partículas subatômicas não se parecem assim. E enquanto, para as maiores partículas, existem maneiras de medir o “tamanho” em um sentido muito geral, para aqueles que são menores e ostensivamente mais “fundamentais”, o conceito de tamanho em si é tão escorregadio que se torna quase sem sentido.
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Ainda assim, se as consultas do Google são algum guia, as pessoas realmente querem saber “Qual é a menor partícula do universo?” Não importa que a melhor pergunta possa ser “existe algum ponto em perguntar?”
Primeiras coisas primeiro
“Há muitos significados para ‘pequeno'”, diz Janet Conradum físico de partículas no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Tipo, eu poderia dizer que uma bola de algodão é ‘pequena’ porque é muito leve. Ou eu poderia dizer que uma pequena bola de steel é ‘pequena’ porque seu raio é muito pequeno, mas pesaria muito mais do que a bola de algodão.”
O argumento de Conrad é que há uma diferença categórica entre um partícula que é “menor” em massa e uma partícula “menor” de diâmetro. Há outra diferença categórica importante para explicar também, uma distinção funcional entre duas courses diferentes de partículas: férmions, ou partículas de “matéria”, como prótons ou elétrons que compreendem tudo no universo e bosons, ou partículas “transportadoras”, como fótons que entregam forças entre férmions.
E, mais fundamentalmente, há a questão das chamadas partículas fundamentais, que são separadas das aparentemente não-financiadas. Seja um férmio ou um bóson, os físicos consideram uma partícula “elementary” se não puder ser dividida mais com qualquer tecnologia atualmente disponível. Nesse sentido, algumas partículas relativamente conhecidas, como prótons, não são partículas fundamentais; Se você atingir um próton com uma certa quantidade de força, ele entrará em quarks, que são considerado elementary.
Portanto, em termos de tamanho físico, você provavelmente pensaria que partículas fundamentais seriam “menores” que as não -financiárias. Mas é aí que as coisas ficam realmente complicadas, diz Juan Pedro Ochoa-Iticouxum físico de partículas na Universidade da Califórnia, Irvine. De acordo com o modelo padrão de física de partículasque incorpora todas as partículas e forças conhecidas além da gravidade para fazer previsões físicas ridiculamente precisas, todas as partículas fundamentais não tem tamanho. Ou seja, perguntar se um é maior ou menor que o outro é uma pergunta sem sentido, semelhante a se perguntar o que fica ao norte de “Up” ou tentar se dividir por zero.
Dimensionando a aleatoriedade?
“(Partículas fundamentais) são pontos euclidianos”, explica Ochoa-Cricoux. “Eles não são unidimensionais. Pensamos neles como pontos (zero-dimensionais) (que) não têm uma posição determinada. E, em vez de pensar em elétrons como pequenas bolas em torno de um núcleo atômico, na realidade, devemos pensar neles como uma nuvem (de probabilidades)”.
Todas as partículas fundamentais parecem ser assim, não mostrando sinais de estrutura interna mais profunda, acrescenta Conrad. “Continuamos testando para ver se há alguma extensão espacial associada a eles”, diz ela, “mas não vemos nenhuma evidência de que há algo dentro dessas partículas”.
Os físicos gostam de contornar essa incerteza, diz Ochoa -icoux, fazendo alguns cálculos reversos usando a famosa equação de Albert Einstein E = mc2que quantifica a equivalência entre energia e massa. Especificamente, esses cálculos geralmente envolvem o volt de elétrons (EV), uma unidade de energia para a qual 1 eV representa a carga de um elétron. Usar a equação de Einstein para converter esse valor em massa revela que o elétron pesa efetivamente cerca de 0,51 mega-elétron-volts por velocidade de luz quadrada (0,51 mev/c2) – isto é, cerca de 9,109 × 10–31 quilograma. Em comparação, o “mais leve” Quarko quark da UP é mais de quatro vezes mais pesado, pesando cerca de 2,14 mev/c2.
Tão pequenos quanto esses valores, eles ainda são muito maiores que “zero”, que é a massa inferida para certas outras partículas. Essas chamadas partículas sem massa são indiscutivelmente os melhores candidatos para o “menor”, também.
Uma pergunta, muitas respostas
Estritamente falando de bósons, ou partículas de transporte de força, o vencedor claro da competição pela “menor partícula do universo” seria o fóton sem massa. (Gluons– Os outros que se reúnem quarks – também são considerados sem massa, mas são muito mais difíceis de estudar porque geralmente estão presos em prótons e nêutrons.) Se estamos falando de férmions, as partículas que são os blocos de construção da matéria – um palpite razoável para a menor partícula do universo seria o neutrino. Isso é um “palpite”, porque realmente não sabemos a massa exata de um neutrino com certeza, embora tenhamos certeza de que não é zero. Para colocar a massa do neutrino em perspectiva, provavelmente pesa cerca de 0,45 eV/c2– menos de um milionésimo da massa de um elétron!
Mas, novamente, como Ochoa-Guiroux e Conrad enfatizam de forma independente, este é apenas uma abordagem especialista tendem a usar Ao considerar o tamanho de uma partícula. Como em muitos tipos de investigação científica, a resposta que você recebe intimamente depende de como exatamente você está fazendo a pergunta.
