Olhe ao seu redor (ou, se você tiver deficiência visual, toque em algo). Tudo sólido, líquido ou gasoso que você vê e sente é feito de matéria. Às vezes chamamos de matéria “normal”, embora com a matéria escura superando-a 6 para 1 no Universo, qual delas é normal?
De qualquer forma, a matéria normal é composta predominantemente de três coisas: elétrons, prótons e nêutrons. Estas são partículas subatômicas tão pequenas que nosso conceito de tamanho é difícil de definir. Nesses tamanhos, a mecânica quântica domina o dia, e muitas coisas que consideramos fixas e mensuráveis, como velocidade, tamanho e localização, não são de forma alguma identificáveis. De fato, quanto mais sabemos sobre uma característica de uma partícula subatômica, menos sabemos sobre outra; O Princípio da Incerteza de Heisenberg é uma ideia de condução de QM bastante conhecida, embora desconcertante. As informações são do portal SYFY.
Pior ainda, prótons e nêutrons são, na verdade, feitos de três partículas menores chamadas quarks, cada uma conectada por uma força muito forte – chamada força forte – mantendo-as juntas. Portanto, falar sobre o tamanho do próton é arriscado.
Mas pode ser um conceito útil em física, bem como quando imaginamos essas partículas como pequenas bolas estranhas que compõem a matéria normal do Universo. Sabemos que eles não têm tamanho zero e claramente não têm, digamos, um metro de diâmetro. Então, quão grandes eles são?
Até muito recentemente, experimentos conduzidos para encontrar o tamanho de um próton descobriram que eles tinham cerca de 1,76 femtômetros de diâmetro – 1,76 quadrilionésimos de metro, ou 0,00000000000000176 metros. Muito, muito pequenino mesmo.
Mas então, em 2010, alguns físicos fizeram um experimento inteligente que foi muito mais preciso.
O método envolveu ligar um múon – uma partícula carregada negativamente como um elétron, mas 200 vezes mais massiva – a um próton, fazendo um tipo estranho de simulacro pesado de um átomo de hidrogênio chamado átomo muônico e medindo precisamente quanta energia foi necessária para se mover. o muão. Isso depende do tamanho do próton, e o que eles descobriram é que o próton era menor do que o esperado, cerca de 1,68 femtômetros. Isso pode não parecer muito, mas uma diferença de 5% é como uma galáxia para um físico de partículas. Um grande negócio. Enorme. Um experimento de acompanhamento feito de maneira semelhante com um elétron em vez de um múon verificou o resultado.
O mundo QM foi lançado em um período de coçar a cabeça (é assim que os físicos teóricos expressam a turbulência mental caótica). Os experimentos mais antigos podem estar errados, ou os novos, ou há nova física envolvida? A última parte seria muito empolgante porque significaria que nossa compreensão está incompleta, e isso significa que mais coisas legais estão por aí para descobrir. Esse é o sonho de um cientista. Infelizmente, isso não é para ser, mas a resposta ainda é muito interessante.
Recentemente, uma equipe diferente de físicos tentou uma maneira totalmente diferente de medir o tamanho de um próton. Eles analisaram dados obtidos anteriormente de feixes de elétrons em prótons [link para o papel]. Em geral, o caminho do elétron é dobrado pelo próton como um ímã puxando um rolamento de esferas passando por ele. Mas dada uma energia alta o suficiente e direcionada diretamente para o próton, os elétrons ricocheteiam nos prótons, um processo chamado espalhamento. Os elétrons precisam chegar perto o suficiente do próton para se espalhar como duas bolas de bilhar colidindo, e isso significa que medir cuidadosamente a maneira como os elétrons interagem pode produzir o tamanho do próton.
Eles usaram uma nova base teórica para reanalisar esses resultados mais antigos. O que eles encontraram? Os prótons têm 1,68 femtômetros de diâmetro.
AHA! Observe que esta é uma maneira completamente diferente de medir o tamanho do próton, independente das medidas de próton+elétron/múon. No entanto, eles concordam.
Então parece que o próton é realmente menor do que pensávamos. Isso não muda a forma como seu computador funciona ou coisas como o tamanho do Sol ou algo assim, mas significa que nossa compreensão de como essas coisas funcionam no nível supersubmicroscópico agora é um pouco melhor.
Por exemplo, o Sol é alimentado pela fusão de núcleos de hidrogênio – na verdade, prótons – juntos. Há muitos passos para isso, mas no final quatro prótons mais algumas outras partículas são esmagados para formar um núcleo de hélio, feito de dois prótons e dois nêutrons. Isso libera energia, e isso alimenta todo o maldito Sol (bem, 99% dele). Essa fusão depende, de certa forma, do tamanho dos prótons, portanto, conhecê-la melhor significa que podemos entender melhor esse processo. Que legal.
Mas também ressalta algo sobre o qual falo muito, e é que, embora entendamos muito sobre como o Universo funciona, não entendemos tudo, e às vezes isso inclui coisas que você pode pensar que são básicas. Em muitos casos, nós os conhecemos bem o suficiente para fazer muita física funcionar, mas nesses casos é sempre bom quando conhecemos melhor essa coisa. E isso agora inclui o tamanho do próton.
