PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Quarks
Existem 6 tipos conhecidos de quark até hoje, que são geralmente chamados de sabores. Este termo nada tem a ver com o significado ordinário da palavra, ele apenas é uma palavra imaginativa, criadas por físicos para classificar estas partículas. São elas: up (u); down (d); charm ( c), strang (s), top (t), e bottom (b).
Todos possuem spin ½.
Quando o modelo de quarks foi proposto havia uma contradição teórica. Como foi mencionado anteriormente, duas partículas com spin semi-inteiro não podem ocupar o mesmo estado quântico. Porém no caso do modelo proposto de quarks isso se contradizia, pois existiam partículas idênticas ocupando o mesmo estado.
Para sair desse impasse, um físico americano chamado O. W. Grenberg sugeriu a partir de alguns estudos, em meados da década de 60, que cada sabor de quarks podia existir em três estados diferentes que ele chamou de vermelho, verde e azul (esses nomes são apenas arbitrários, assim como o sabor).
Cada cor representaria um estado quântico. E dessa forma, o problema estaria resolvido, pois uma partícula constituída de três quarks do mesmo sabor, cada uma deveria ter uma cor diferente. No inicio a ideia serviu como uma forma de salvar o modelo proposto para os quarks. Mas ao longo de outros estudos, a ideia foi considerada bem fundamentada.
Tanto que hoje existem evidencias que as forças que unem os quarks devem-se a interação entre suas cores. Podemos considerar a cor como uma espécie diferente de carga. (devemos pensar em cargas de cor como operações nos estados de cor dos quarks. As cargas não são iguais às cores mas estão relacionadas com elas).
Os quarks podem se combinar de duas formas diferentes para formar um hádron.
a) 3 quarks são reunidos, sendo um de cada cor;
b) um quark de uma dada cor é unido a um antiquark da anticor correspondente.
Por fim, ao pensarmos em massa das partículas podemos fazer uma analogia com a imagem abaixo:
Na figura ao lado, pares de cada grupo formam uma família, onde de cima para baixo temos a primeira família, segunda família e terceira família.
Toda a matéria ordinária é feita da primeira família. As famílias mais altas de partículas decaem rapidamente para a primeira e somente podem ser gerados por um curto tempo em experimentos de grande energia. Usando como analogia podemos dizer que a ordem das partículas mais pesadas para as menos pesadas correspondem aos tamanhos representados ao lado do nome da cada partícula.
O fóton foi a segunda partícula elementar a entrar em cena. Em 1905, Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico usando a hipótese de que a luz é formada de pacotinhos de energia que mais tarde receberam o nome de fóton. O fóton é uma partícula que só tem energia, ou seja não tem massa. Porém, somente me 1923 a proposta teórica de Einstein, o fóton, foi confirmado na experiência do efeito Compton.
Em 1919, Ernest Rutherford descobriu o próton. Na época pensava-se que este fosse uma partícula elementar. No entanto, anos mais tarde verificou-se que o próton não é uma partícula elementar e, portanto não entra no Modelo Padrão, pois ele é composto de três quarks.
Apesar de o número quântico cor ter sido proposto para resolver o problema do Princípio de Exclusão de Pauli, a razão mais profunda da necessidade desse número quântico extra consiste no fato de a força forte que inter-relaciona os quarks ser mediada pela cor. Em outras palavras, a força entre os quarks tem sua origem na cor. A cor é uma espécie de carga que origina a força forte, da mesma forma que a carga elétrica é fonte da interação eletromagnética.