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Vácuo - Cor - Liberdade Assintótica                                       :

 

 

4 FORÇAS DISTINTAS E FUNDAMENTAIS NA NATUREZA:

FORÇA ELETROMAGNÉTICA 

FORÇA NUCLEAR FORTE

FORÇA NUCLEAR FRACA

FORÇA GRAVITACIONAL

 

 

VÁCUO :

 

A intensidade da força eletromagnética é determinada pela carga elétrica do ELÉTRON (unidade básica de carga elétrica).

Imagine 2 cargas elétricas A e B de MESMO sinal que se aproximam  uma da outra.

Num mundo sem a mecâninca quântica o elétron B é repelido por A por uma força que depende da carga dos 2 elétrons, tal como 2 pólos magnéticos norte se repelem se forem aproximados.

A intensidade desta repulsão não depende da energia do elétron B que se aproxima.

Mas a teoria quântica adota um perspectiva completamente diferente de A e, em particular, do "espaço vazio" que a rodeia.

Apesar do vácuo normalmente ser definido como ausência de qualquer coisa, na teoria quântica esta definição é desprovida de sentido.

O princípio da incerteza de Heinsenberg afirma que não podemos conhecer a posição e o movimento exato de qualquer partícula dentro do rigor prescrito pela constante universal de Planck (quer dizer que ou a posição é conhecida ou somente a velocidade do movimento, ao tentar definir um, o outro é alterado pelo próprio ato de observar )

Assim nunca podemos dizer que não há nenhuma partícula ou quanta de radiação presente numa determindad região. Ou seja , o vácuo não pode ser considerado como o vazio clássico.

Pares de partículas de carga oposta estão contínua e espontaneamente a surgir, aniquilando-se no espaço, com demasiada rapidez para serem detectados diretamente, devido ao veto imposto pelo princípio da incerteza. Este pares de partículas virtuais caracterizam o VÁCUO QUÂNTICO como uma mar de atividade incessante.

Para uma afirmação incrível destas é preciso que possamos confirmar isto através da experiência.

Voltando ao exemplo dos 2 elétrons (A e B , de iguais cargas e indo um em direção ao outro), o vácuo que circunda A será, não um espaço vazio mas sim um mar de pares virtuais de outros elétrons e anti-elétrons (pósitrons) que não são diretamente observáveis. Os pares serão também acompanhados de fótons, mas como estes não possuem carga elétrica não exercem força sobre os elétrons e pósitrons e podem no momento ser deixados de lado.

Mas agora , porque cargas elétricas opostas se atraem , os elétrons e pósitrons virtuais serão distribuídos de uma maneira especial. Os pósitrons virtuais com cargas positivas tenderão a acumular-se mais perto do elétron central negativo em A do que os elétrons com carga negativa que serão repelidos. Este movimento e segregação é chamado de POLARIZAÇÃO DO VÁCUO.

Quando o elétron B  se aproxima de A sente não a carga elétrica máxima ou total em A, mas uma variante ligeiramente reduzida que é um pouco mais fraca devido a proteção das cargas virtuais de polaridade oposta. A intesidade com que B é repelido depende da velocidade do seu movimento. se B se aproxima de A com grande velocidade penetrará a nuvem que a protege e fiecará muito próximo da carga descoberta em A, antes de ser repelido. Por outro lado, um elétron  B que se mova lentamente penetra´ra menos a nuvem protetora e, além disso, sentirá uma força repulsiva muito menor porque a parte da carga central em A será efetivamente anulada pelas partículas virtuais de carga oposta. A intesidade efetiva da interação depende da energia. A força elétrica parece mais forte para as partículas que se aproximam com alta velocidadade ou equivalentemene, para aquelas cuja temperatura ou energia é grande. Estas partículas energética penetrarão suficientemente perto de A para experiementarem a intensidade total da força, não reduzida, exercida a tão pequenas distâncias entre cargas.

A analogia para esta situação é 2 bolas de bilhar envolvidas numa capa de espuma, se arremessarmos uma contra a outra fracamente elas mal reagirão, se o arremesso for forte, elas reagirão com mais intensidade no choque.

Entã isto mostra porque a intensidade efetiva da força eletromagnética depende da energia a que é determindada. A medida que a energia do encontro aumenta, a intensidade da interação também aumenta lentamente.

 

CARGA DE COR

 

Considerações idênticas se podem fazer sobre as intensidades da forças FRACA e FORTE.

Contudo há uma diferença notável, a tendência é OPOSTA.

A medida que a energia da interação aumenta, a intensidade da interação decresce.

Para entender isto, pense na interação FORTE entre duas partícula subnucleares idênticas ou QUARKS, A e B.

Todos os prótons e nêutrons contém 3 partículas mais pequenas, os chamados quarks. Diferentemente dos elétrons, os quarks tem um atributo, a cor, que determina a magnitude da interação forte entre eles. (cores ou sabores, é uma marca de atributo somente , e são 3)

A força forte atua apenas nas partículas coloridas.

Poderíamos pensar que para os quarks aconteceria a mesma coisa que aos elétrons que interagem -surge um mar de pares virtuais de quarks-antiquarks e os quarks distribuem-se para proteger a carga de cor em A do do quark B  que se aproxima. Embora isto seja verdade não é de maneira nenhuma toda a história.

A interação eletromagnética entre os dois elétrons foi transmitida pelos fótons que não transportam carga elétrica. Quando os fótons aparecem com os pares virtuais elétron-pósitron não alteram a distribuição da carga elétrica em toda a parte. Mas entre a interação forte dos quarks é diferente.

O papel mediador do fóton é desempenhado pela partícula chamada GLÚON. o glúon medeia a interação forte, mas difere do fóton num aspecto vital. Como os quarks, o glúon tem carga de cor e, assim, quando os glúons virtuais aparecem com os pares virtuais quarks-antiquarks, também afetam a distribuição da carga de cor em volta de A.

O efeito do campo de cor do glúon é circundar A com uma nuvem de carga de cor do MESMO TIPO que A.

Isto espalha a influência de carga de cor em A sobre uma regi~~ao mais ampla. Como uma carga nestas condições despersa as partículas da mesma cor que se aproximam mais fracamente que uma carga compacta num ponto, torna-se claro que o papel dos glúons carregados é enfraquecer a intensidade efetiva da interação entre A e B , quando se aproximam muito um do outro - o efeito exatamente oposto ao que é criado pelos pares virtuais polarizados de quarks-antiquarks.

Há claramente uma competição entre a proteção da carga de cor dos quarks e a antiproteçaõ dos glúons, e prevaleca a anti-proteção dos glúons.

As experiências revelam que a interação entre os quarks se torna cada vez mais fraca à medida que eles se aproxima.

O que se descobriu é muito, muito invulgar. À medida que a energia ou a temperatura aumentam, a força nuclear forte torna-se efetivamente MAIS FRACA, porque os glúons que a medeiam transportam CARGA DE COR.

A interação fraca também é mediada por partículas portadoras de carga fraca, os chamados bósons W descobertos recentemente no CERN , então a própria interação fraca enfraquece legeiramente a altas energias.

               

LIBERDADE ASSIMPTÓTICA

 

Começamos a perceber onde pode surgir uma UNIFICAÇÃO das forças da natureza..

Em altas energias, ou , altas temperaturas, as forças nuclear FORTE e FRACA enfraquecem , e a força eletromagnética se intensifica , em temperaturas superiores a 10na27 KELVINS, elas se igualam, ocorre a unificação das forças.

 

A propriedade que as força entre os quarks tende a se tornar mais fraca a alta energia quando a distância entre os quarks é muito pequena chama-se LIBERDADE ASSIMPTÓTICA.

Quer dizer que se as energias aumentarem infinitamente, o s quarks não sentirão forças absolutamente nenhumas. Comportar-se-ão coom partículas completamente livres.

 

A analogia para entender a liberdade assintótica é de um elástico.Pense em pares de quarks unidos por cordas elásticas (GLÚONS) , quando se comprime um contra o outro a tensão no elástico é pequena, ele afrouxa e os quarks comportam-se livremente - isto é a liberdade assintótica.

Mas, se ao contrário tentar-se separar os quarks, a tensão entre eles torna-se mais forte.

O que se sabe hoje é que eles não podem ser afastados demasiadamente. Eles e seu atributo COR estão confinados pela tensão entre eles. O que se pode afirmar é que eles então nunca existirão livres na natureza, existirão somente no interior dos núcleos e noutras partículas hadrônicas, compelidos uns contra os outros pelas cordas de glúons.

Os prótons e nêutrons podem ser imaginados como sacos com paredes de borracha como os balões. Os 3 quarks no seu interior não sentem forças (elástico frouxo) até tentarem lebertar-se e então são barrados nas paredes do saco e puxados de volta pela força do elástico.

E aí vem uma grande colocação, podemos romper a corda de glúons entre 2 quarks para separa-los usando altíssima energia? Sim mas a energia elástica libertada pela ruptura da corda é suficiente para juntar dois novos quarks aos originais por cordas de gluons.

É como tentar isolar um único pólo de um imã, cortando a barra ao meio, e aí vira 2 imãs.

Também a física cre que os quarks não podem existir fora dos sacos hadrônicos, ou seja  somente confinados dentro de partículas como os prótons, neutrons e mésons.

Por isto que se afirma que os quarks ainda são a fronteira final que conseguimos separar na matéria, os verdadeiros átomos.

(porém um grupo de cientistas afirma ter separado quarks fora do saco hadrônico, mas não puderam ainda provar tal afirmativa)

 

SIMETRIA :

 

Então é com a liberdade assintótica que percebemos que a energias ultra elevadas a unificação das forças da natureza podem ocorrer.

a 10na23 KELVIN, ocorre uma simetria total entre as forças FORTE, FRACA e ELETROMAGNÉTICA

 

 

              

 

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Marco Aurélio Müller   - Ctba - PR