By Richard Webb
Question: when is a strong force not a strong force? Resposta: quando está em qualquer lugar fora do núcleo atômico. Pelo menos é o caso da força nuclear forte, uma das quatro forças fundamentais da natureza (as outras são o eletromagnetismo, a gravidade e a fraca força nuclear).
A força forte mantém juntos quarks, as partículas fundamentais que compõem os prótons e nêutrons do núcleo atômico, e ainda mantém juntos prótons e nêutrons para formar núcleos atômicos., Como tal, é responsável pela estabilidade subjacente da matéria. Sua enorme potência é também o que é liberado no processo de fusão nuclear ao sol, ou fissão nuclear em uma bomba nuclear.
Em escalas subatômicas de cerca de 1 femtometre, ou de 10-15m , é, de longe, a mais forte das quatro forças, 137 vezes mais forte do que o eletromagnetismo, e um milhão de vezes mais forte do que a interação fraca. (A gravidade é tão fraca que é completamente irrelevante nestas escalas. O fato de que é insignificante em escalas maiores é o efeito paradoxal de um estranho capricho de força forte., O fóton, que transmite a força eletromagnética, não tem carga elétrica, mas as partículas conhecidas como glúons que transmitem a força forte carregam a força forte equivalente “carga de cor”. Portanto, eles participam de sua própria força e podem interagir com eles mesmos.o resultado é que, enquanto o eletromagnetismo fica mais fraco quando partículas eletricamente carregadas estão mais afastadas, se você tentar puxar quarks e os glúons que os ligam, a força entre eles se torna mais forte e os pings novamente juntos., Este fenômeno, conhecido como liberdade assintótica, significa que os efeitos de força forte nunca são sentidos acima de uma determinada escala de comprimento. Também explica porque nem quarks nem glúons podem ter uma existência independente. Eles só aparecem como parte de partículas compostas maiores, como prótons e nêutrons.
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Há toda uma jaula de tais partículas, formada de combinações de seis tipos, ou “sabores” de quarks up, down, strange, charm, bottom e top – além de seu equivalente antipartículas., Quais combinações de quarks são permitidas é determinada por duas complicações adicionais.
em primeiro lugar, quarks carregam não apenas carga de cor, mas também uma carga elétrica de uma fração de um inteiro: +2/3 (quarks up, charm e top), -1/3 (quarks down, strange e bottom), -2/3 (antiquarks up, charm e top) ou +1/3 (antiquarks down, strange e bottom). Partículas compostas feitas de quarks, no entanto, só são permitidas a ter carga elétrica inteira. Em segundo lugar, não há apenas um tipo de carga de cor, como há com carga elétrica, mas três: vermelho, verde e azul., Os quarks dentro das partículas podem mudar de cor, desde que conservem um equilíbrio global entre as cores.
o resultado líquido de tudo isso é que existem apenas dois tipos viáveis de compostos quark: bárions, formados de três quarks (e seus equivalentes antibariões, formados de três antiquarks); e mesons, que são pares quark-antiquark.,
o próton e o nêutron, as únicas partículas de força forte que têm uma existência permanente em nosso mundo atual, são ambos os bárions, com as configurações de quarks (uud) para o próton, com sua carga elétrica +1; e (udd) para o nêutron, resultando em uma carga elétrica neutra geral. A diferença nas configurações também significa que o nêutron é sempre ligeiramente mais pesado do que o próton. Este fato significa que o próton, tanto quanto se sabe, não se deteriora – um pré-requisito básico para a estabilidade da matéria atômica, e assim para a nossa existência.,
o modelo quark foi concebido pelos físicos Murray Gell-Mann e George Zweig independentemente no início dos anos 1960 (o nome “quark” foi uma palavra sem sentido dos Finneganos de James Joyce que dizem que Gell-Mann gostava do som de). Seus padrões subjacentes explicaram uma profusão de partículas de massas diferentes que estavam aparecendo em experimentos de aceleradores aparentemente sem rima ou razão na época., Em 1973, David Gross e Frank Wilczek, e independentemente David Politzer, descobriram a propriedade chave da Liberdade assintótica que está subjacente à cromodinâmica quântica, ou QCD, a teoria quântica de campos da força forte – uma conquista pela qual todos os três compartilharam o Prêmio Nobel de física de 2004.QCD é uma das duas teorias de campos quânticos, juntamente com a eletrodinâmica quântica ou QED, a teoria unificada do eletromagnetismo e a força nuclear fraca, que juntos compõem a associação frouxa conhecida como o modelo padrão da física de partículas., Continua a ser uma grande esperança dos físicos que QCD e QED possam Um dia ser unidos em uma teoria. Pensa-se que o electroweak e as forças fortes agiram como um dos primeiros momentos incrivelmente quentes do universo. Encontrar provas desta “grande teoria unificada” exigiria recriar essas condições altamente energéticas, uma tarefa atualmente além do Grande Colisor de Hádrons do CERN, o mais musculoso esmagador de partículas que temos.entretanto, o QCD continua a ser uma força diabolicamente difícil de fazer cálculos apenas por conta própria., A miríade de interações de força forte entre quarks e glúons dentro de partículas como prótons e nêutrons só pode ser tratada por aproximações, em uma técnica conhecida como retículo QCD. Essa é uma razão pela qual alguns fatos básicos de força forte, como o tamanho de um próton, permanecem altamente contestados.