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Como o modelo padrão da física de partículas explica a realidade como a conhecemos

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Visto de longe, as colisões em alta velocidade dos núcleos atômicos dentro de aceleradores de partículas como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) do CERN podem parecer que têm quase nada em comum com objetos mais mundanos, como seu café da manhã ou chinelos fofos. No entanto, em um nível subatômico, sua caneca favorita é composta exatamente da mesma coisa que está sendo quebrada no LHC, e tudo pode se encaixar em uma estrutura organizada que os físicos chamam de Modelo Padrão da física de partículas.

Solidificado na década de 1970, o Modelo Padrão consiste de dezessete partículas fundamentais que compõem uma grande parte (mas não toda) da matéria do universo. Existem dois campos principais em que essas 17 partículas podem ser classificadas: “férmions” e “bósons”. Grosso modo, você pode pensar nos férmions como o “material” da matéria e os bósons como as forças que movem essas coisas. Dentro da família dos férmions existem seis “léptons”, que incluem elétrons, e seis partículas chamadas “quarks”. Informações do portal popular mechanics.

Enquanto nos ensinam na escola que a matéria é composta de prótons, nêutrons e elétrons, apenas uma dessas partículas é considerada “fundamental”, o que significa que não pode ser quebrada em pedaços menores. Por causa disso, apenas os elétrons podem ser classificados como uma partícula fundamental do lépton, e prótons e nêutrons são representados por seus respectivos quarks. Em particular, prótons e nêutrons são uma mistura de quarks “up” e “down”.

Na natureza, são esses quarks up e down que os físicos observam com mais frequência, mas também existem outras quatro variações desses quarks que são cada vez mais pesadas e menos estáveis. Relacionados a up, você também tem os quarks “charm” e “top”, e para down, você tem os quarks “strange” e “bottom”.

A família dos léptons também inclui um tipo de partícula “superleve”, chamada “neutrino”, que vem em três sabores associados a outros léptons não quarks: neutrino tau, neutrino múon e neutrino elétron. (“Sabor” é o nome que os físicos dão a diferentes versões do mesmo tipo de partícula).

Juntos, léptons e quarks compõem toda a matéria com a qual interagimos em nosso universo. No entanto, essas partículas não seriam nada sem bósons para transportá-las ou juntá-las. Para todos os 12 férmions, existem apenas cinco bósons conhecidos:

A família dos léptons também inclui um tipo de partícula “superleve”, chamada “neutrino”, que vem em três sabores associados a outros léptons não quarks: neutrino tau, neutrino múon e neutrino elétron. (“Sabor” é o nome que os físicos dão a diferentes versões do mesmo tipo de partícula).

Juntos, léptons e quarks compõem toda a matéria com a qual interagimos em nosso universo. No entanto, essas partículas não seriam nada sem bósons para transportá-las ou juntá-las. Para todos os 12 férmions, existem apenas cinco bósons conhecidos:

– Fótons, que carregam a força eletromagnética
– Glúons, que prendem quarks uns aos outros com a força forte para ajudar a criar átomos
– Bósons W e Z, que são responsáveis pela força fraca e decaimento radioativo
– Higgs, a mais recente adição ao grupo, que dá massa a outras partículas

Ao todo, esses bósons criam quatro das cinco forças fundamentais, sendo a gravidade uma exceção gritante. Como o efeito da gravidade no nível subatômico é tão pequeno, ele não pode se encaixar facilmente na estrutura do Modelo Padrão – apesar dos melhores esforços dos físicos.

A omissão da gravidade dessa imagem familiar é apenas um dos vários problemas com o Modelo Padrão, levando cada vez mais físicos a acreditar que seu reinado como a teoria física definitiva pode estar diminuindo. Além de não incorporar a gravidade, o Modelo Padrão também não oferece uma explicação para as enormes quantidades de energia escura e matéria escura que compõem 95% do universo, de acordo com a NASA.

Há também rumores em outros setores da física de partículas, como a pesquisa de neutrinos, de observações do comportamento de partículas que não correspondem às previsões do Modelo Padrão. Isso significa que todo o modelo deve ser jogado fora? Provavelmente não. No entanto, isso significa que os físicos estão se tornando mais interessados em ir “além” da física do Modelo Padrão – isto é, procurando descobrir quais tipos de forças desconhecidas também podem estar puxando essas partículas. Em sua terceira execução, que começou no início deste mês, o LHC procurará algumas dessas incongruências.

Dependendo do que os físicos descobrirem nos próximos anos, nossa compreensão do mundo subatômico e do próprio universo pode estar prestes a mudar para sempre.

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