O que é uma partícula elementar?

Nestes dias em que a Física das Partículas Elementares participou das grandes manchetes, escritas, vistas e faladas, graças à inauguração do feixe do grande acelerador LHC do CERN, será, imagino, do interesse dos leitores saber alguma coisa sobre as razões desse empreendimento, ou, de maneira menos dependente do furor da mídia, das razões profundas que nos levam a perscrutar a intimidade da matéria, examinado-a com "microscópios" cada vez mais poderosos. Assim como uma criança (que não tenha tido a sua curiosidade destruída por uma disciplina excessiva) desmonta seus brinquedos para examinar "o que tem dentro", o motivo principal da construção de imensas máquinas que nos permitam descobrir "o que tem dentro" da matéria, é a curiosidade, esta qualidade primordial dos pesquisadores. Outros motivos são apresentados: o avanço tecnológico que um empreendimento deste porte requer e propicia, a simulação dos primeiros momentos do universo... Mas o que motiva os cientistas mesmo é a curiosidade.

Outra propriedade essencial aos pesquisadores é, como dizem os filósofos, o espanto, a capacidade de se maravilhar diante de certas situações. O espanto é o que nos indica onde devemos exercer a nossa curiosidade. O céu é azul. Durante um enorme tempo isto não espantou ninguém: era um fato da vida. No século 19 o refinamento do nosso conhecimento da natureza criou as condições que fizeram o grande físico John William Strutt (Lord Rayleigh) espantar-se com esse fato tão familiar. Por que o azul, de todas as cores?

Aristóteles, que acreditava seriamente na utilidade da razão na compreensão do mundo, preocupava-se com uma propriedade da matéria que, para mentes menos atentas, pareceria trivial: sua divisibilidade. Logo produziu argumentos poderosos para alertar-nos de que, fosse a matéria infinitamente divisível, seria também incompreensível: nunca atingiríamos a sua essência. A idéia de átomo, atribuída a Demócrito, poria fim a esse processo infinito: o átomo, todos sabem, seria o elemento indivisível da matéria, aquilo de que tudo é feito. A descoberta dos átomos, nos séculos 19 e 20, logo mostraram que, se era verdade que toda a matéria era constituída de átomos, estes não eram indivisíveis, mas possuíam uma elegante estrutura que permitia a existência de muitos tipos de átomos, necessários para descrever a diversidade da matéria. Além disso, se descobriu que a matéria era apenas uma parte do que constituía a natureza: campos desempenhavam uma papel igualmente importante na descrição dos fenômenos.

A física das partículas elementares nasceu no momento em que se descobriu que os átomos eram, afinal, divisíveis.

Numa série de artigos neste blog pretendo descrever a evolução do conceito de partícula elementar, desde o início dos estudos sobre a estrutura do átomo até o momento atual. A ênfase será na mutabilidade desse conceito: o que era uma partícula elementar (como o próton), não o é mais, à luz de descobertas posteriores. É possível que a máquina do CERN nos faça, mais uma vez, rever nosso conceito de partícula elementar. Se o fizer, sua construção terá sido um grande sucesso.

Existe uma ampla bibliografia sobre o tema, acessível aos estudantes do ensino médio. Recomendo, particularmente, os seguintes livros:

Maria Cristina Abdalla, "O Discreto Charme das Partículas Elementares"

Maria Cristina Abdalla, "Bohr, o Arquiteto do Àtomo"

Steven Weinberg, "Os Três Primeiros Minutos"

O último desses livros tem como tema a cosmologia. Nada parece mais remoto à constituição íntima da matéria do que a cosmologia, que estuda o universo em escala gigantesca de distâncias. No entanto, é uma das grandes maravilhas da física moderna que esses limites opostos acabam se confundindo: o estudo das grandes distâncias conduz a resultados fundamentais para o estudo das distãncias ínfimas, e vice-versa, sugerindo uma grande consistência, neste estágio do nosso conhecimento da natureza.

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