Sobre Átomo: Elétrons, Nêutrons, Prótons e Quarks.

Durante séculos, e talvez há mais de 2000 anos atrás, com Demócrito, os filósofos começaram a estudar o que seria o átomo. Para Demócrito, o Átomo seria o indivisível, ou seja, ele teria de ser indivisível para poder andar livremente no espaço. Depois do Iluminismo, com a Revolução Científica, muitos "filósofos" passaram a ser cientistas e começaram a ver a Ciência como uma ferramenta importante para poder refutar.

No século XX já se tinha uma ideia de como seria o núcleo atômico a partir das experiência de Rutherford onde ele mostrou que o átomo não era maciço.

Com Bohr, temos uma ideia de que os elétrons podem saltar de uma órbita para outra quando é dado a uma certa energia à matéria. Em pleno século XXI, temos outra ideia que, de certa forma, está desenvolvendo o nosso cinturão protetor: o átomo não é formado apenas por elétrons, prótons e nêutrons, sendo esses dois últimos atraídos pela força nuclear. O núcleo é formado por Quarks que é ainda menor.

Tínhamos apenas duas forças: gravitacional e eletromagnética, se não estou enganado. Hoje temos mais duas: a Força Fraca e a Força Forte. A Força Fraca diz respeito à radioatividade (capacidade de transformar um neutrão em um protão) e a Força Forte que diz respeito à interação entre nêutrons e prótons no núcleo atômico.

Para muitos estudioso, pós Einstein, a gravidade não tinha a capacidade de interagir com a força eletromagnética, no espaço; a força eletromagnética é muito maior do que a força gravitacional.

A FÍSICA QUÂNTICA SE DIFERENCIA, E MUITO, da Física Newtoniana. Na Física Newtoniana sabemos, por exemplo, de onde um móvel parte e onde ele vai parar em um dado intervalo de tempo. No âmbito de estudo newtoniano tem-se o comprimento de uma onda de Rádio FM e outras ondas de comprimento grande.

Na Física Quântica não sabemos onde o elétron está, pois essa parte da Física estuda comprimentos de ondas muito pequenos. Heisenberg trabalhou com o Princípio da Incerteza: variação do espaço multiplicado pela variação do momento de um elétron no átomo deve ser maior ou igual a constante de Planck dividido por 4pi..

Não se tem certeza onde o elétron está, tampouco para onde ele vai. De Broglie diz que a rotação de um elétron ao redor do núcleo atômico está associado ao comprimento de onda, mas isso aí falha quando damos de cara com o Heisenberg.

Se analisarmos a Tabela Periódica, especificamente na família 1A, temos os seguintes elementos químicos: H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.

Do hidrogênio até o Frâncio, temos um aumento no raio atômico e quanto maior for o tamanho desse raio, menos energia precisaremos para extrair elétrons - quanto mais se desce nessa ordem, mais encontraremos ânions.

Como sabemos, no começo do século XX, o átomo era constituído apenas de elétrons, prótons e nêutrons - prótons e nêutrons faziam parte do núcleo - . Ainda no começo do século XX, os cientistas descobriram mais uma partícula elementar chamada de quarks que formava os prótons e os nêutrons. Então, o átomo passou a ser formado de Lépton e de quarks;o lépton é conhecido como elétron e tem spin, sendo também elementar. Os demais léptons são os nêutrons, o tau e o múon. Partículas não elementares, ou seja, que tem estrutura interna, são chamadas de hádrons.

Os hádrons divide-se em bárion e em méson. Bárions têm 3 quarks e 3 antiquarks enquanto que os mésons têm 1 quark e 1 antiquark. A carga do quark é fracionada (2/3 e -1/3e)

A relação entre prótons e nêutrons tem a ver com a força nuclear e achava-se que o núcleo era capaz de explodir se não houvesse outras partículas que, de certa forma, fossem a mediadora entre a força forte que era constituída de nêutrons e prótons. Foi aí que Yukawa descobriu uma partícula chamada de píson ( pi) que é a mediadora entre prótons e nêutrons, ou seja, prótons recebe píson do nêutron e o nêutron recebia píson dos prótons; o méson pi é a partícula mediadora entre prótons e nêutrons.

Há três tipos de quarks: o quarks up, o quarks down e o quarks estranho. O quarks us tem carga fracionada de 2/3e e o quarks down tem carga fracionada de 1/3e. Os prótons têm 2 quarks up e 1 down enquanto que os nêutrons têm 1up e 1 down. O quark estranho foram criadas em aceleradores de partículas e tinham como característica existir em um período muito longo. Em 1976, foi descoberto o quarks charme foi chamado de partícula psi que é uma combinação de quark e antiquark muito novo. Em 1977, outro quark foi descoberto, inclusive por um dos cientistas que era brasileiro, chamado de quark top. Ficando com uma soma de 6 léptons ( elétrons e neutrino do elétron, múon e neutrino do múon, tau e neutrino de tau) e seis quarks (up, down, estranho, charme, bottom e top).

Partículas do mesmo tipo não podem ocupar o mesmo estado quântico, ou seja, elétrons, prótons, nêutrons e quarks obedecem o Princípio da Exclusão de Pauli. Portanto três quarks idênticos não podem existir. Mas foi em 1962 que os cientistas Gell-Man e Ne´eman descobriram um ômega menos que era constituída de 3 quarks estranho idênticos. De fato, era desaprovado por Pauli, mas foi considerado que quarks estranhos idêntico idênticos.

Cor é uma característica da matéria, mas algumas partículas não têm cor. Por exemplo> léptons não têm cor e são brancos, enquanto que quarks têm cor e são coloridos; elétrons não podem formar um estado ligado, mas quarks podem formar um estado ligado de modo que possam formar hádrons. Essa ligação de quarks para formar hádrons constitui a chamada força forte; o núcleo atômico não constitui força elétrica, apenas força nuclear. A força fraca está relacionada com a radioatividade.

Falando mais de partículas, já sabemos que léptons e quarks constituem a matéria. Mas existem outras partículas mediadoras. Os fótons, por exemplo, é um tipo de partícula mediadora da interação eletromagnética que também constitui a matéria. No caso da interação forte, a partícula mediadora é o glúon cuja função é manter os quarks ligados e confinados no hádron. De todas as partículas, apenas as partículas W e Z têm massa, lembrando de que massa é energia.

Dessa forma, Heisenberg montou uma equação capaz de mostrar uma probabilidade da posição das partículas em relação ao núcleo: VARIAÇÃO DE ESPAÇO VEZES A VARIAÇÃO DO MOMENTO TEM DE SER MAIOR OU IGUAL À CONSTANTE DE PLANCK DIVIDIDO por 4 pi. Sabemos que existem, até então, 12 partículas elementares: 6 léptons e 6 quarks. As quatro partículas mediadoras: fótons, glúon, W, Z e os grávitons.