![\"Cr\u00e9dito:\"](\"http:\/\/lablogatorios.com.br\/universofisico\/files\/2008\/12\/durr1hr.jpg\")
<\/a><\/p>\nAp\u00f3s meses de c\u00e1lculos em uma rede de supercomputadores capaz de mais de 200 trilh\u00f5es de opera\u00e7\u00f5es por segundo, um time de 12 pesquisadores europeus conseguiu pela primeira vez deduzir <\/span>a partir da teoria do Modelo Padr\u00e3o <\/span>a massa das part\u00edculas que constituem o n\u00facleo dos \u00e1tomos. <\/span><\/p>\n Os resultados da orgia num\u00e9rica foram publicados na edi\u00e7\u00e3o de 21 de novembro, da revista Science<\/em><\/a>. “O qu\u00ea? S\u00f3 agora fizeram isso? E pra qu\u00ea tanta conta assim?”, pode perguntar algu\u00e9m que j\u00e1 ouviu falar que, de acordo com o Modelo Padr\u00e3o<\/a>–atualmente a melhor e mais completa teoria das part\u00edculas elementares, desenvolvida com base em um s\u00e9culo de alternativas frustradas e verifica\u00e7\u00f5es experimentais–os constituintes dos n\u00facleos at\u00f4micos, pr\u00f3tons e n\u00eautrons, s\u00e3o constitu\u00eddos <\/span>por sua vez <\/span>de outras part\u00edculas, os quarks. <\/span><\/p>\n O pr\u00f3ton \u00e9 feito de tr\u00eas quarks: dois quarks do tipo up<\/em> e um do tipo down<\/em>. J\u00e1 o n\u00eautron \u00e9 feito de dois quarks down<\/em> e um up<\/em>. \u00c9 natural pensar que basta somar a massa dos quarks constituintes para saber a massa do pr\u00f3ton e do n\u00eautron. N\u00e3o \u00e9 t\u00e3o simples assim, por\u00e9m. <\/span><\/p>\n Em primeiro lugar, n\u00e3o existe na teoria do Modelo Padr\u00e3o uma maneira de calcular o valor absoluto da massa dos quarks. As massas dos seis tipos conhecidos (up<\/em>, down<\/em>, strange<\/em>, charm<\/em>, top<\/em> e bottom<\/em>) precisam ser medidas em experi\u00eancias, para ajustar a teoria \u00e0 realidade. Acontece que quarks n\u00e3o existem isolados, mas sempre andam ligados em pares, chamados de m\u00e9sons, ou em trios, chamados de b\u00e1rions. M\u00e9sons e b\u00e1rions s\u00e3o chamados coletivamente de h\u00e1drons (da\u00ed o nome do famoso LHC, Grande Colisor de H\u00e1drons, em ingl\u00eas). As massas dos quarks, ent\u00e3o, s\u00e3o deduzidas comparando entre si as massas dos v\u00e1rios h\u00e1drons que surgem durante as colis\u00f5es nos aceleradores (todos os h\u00e1drons, exceto o pr\u00f3ton e o n\u00eautron, se desintegram em fra\u00e7\u00f5es de segundo). <\/span><\/p>\n As \u00faltimas medidas das massas e de outras propriedades das part\u00edculas elementares s\u00e3o publicadas todo ano em uma esp\u00e9cie de “almanaque” em forma de livrinho, que alguns f\u00edsicos costumam carregar no bolso da camisa. \u00c9 o famoso Particle Physics Booklet, do Particle Data Group<\/a>. <\/span><\/p>\n Consultando a edi\u00e7\u00e3o 2008 do livrinho, lemos na p\u00e1gina 21 que a massa do quark up<\/em> deve estar entre 1,5 e 3,3 MeV\/c2<\/sup> e que a massa do down<\/em> est\u00e1 entre 3,5 e 6,0 MeV\/c2<\/sup>. Essa unidade esquisita de massa vem da c\u00e9lebre equa\u00e7\u00e3o E = m<\/span>c2<\/sup><\/span>, da onde se deduz que a massa de uma part\u00edcula \u00e9 sua energia (medida em MeVs<\/a>) dividida pelo quadrado da velocidade da luz no v\u00e1cuo. <\/span><\/p>\n Agora, se somarmos as massas dos quarks constituintes do pr\u00f3ton e do n\u00eautron, o resultado \u00e9 no m\u00e1ximo uns 15 MeV\/<\/span>c2<\/sup><\/span>. Na p\u00e1gina 124 do livrinho, est\u00e1 a massa medida do pr\u00f3ton: 938 MeV\/<\/span>c2<\/sup><\/span>. Na p\u00e1gina 126, a massa do n\u00eautron: 939 MeV\/<\/span>c2<\/sup><\/span>… Portanto, a massa dos quarks n\u00e3o chega a um pouquinho mais que 1% da massa total pr\u00f3ton ou do n\u00eautron! <\/span><\/p>\n A solu\u00e7\u00e3o para esse mist\u00e9rio est\u00e1 justamente na equa\u00e7\u00e3o E=m<\/span>c2<\/sup><\/span>. A maioria da massa do pr\u00f3ton e do n\u00eautron vem da energia do movimento de seus quarks e da for\u00e7a de liga\u00e7\u00e3o entre eles. Foi para calcular essa energia que demorou tanto uma dedu\u00e7\u00e3o acurada das massas a partir da teoria. A for\u00e7a que segura os quarks em trios ou em pares \u00e9 transmitida por part\u00edculas chamadas de gl\u00faons, que constantemente aparecem e desaparecem no v\u00e1cuo e s\u00e3o absorvidas e emitidas pelos quarks, conforme as regras da parte do Modelo Padr\u00e3o conhecida como Cromodin\u00e2mica Qu\u00e2ntica (QCD, em ingl\u00eas). Pelas regras da QCD, al\u00e9m dos gl\u00faons, aparecem e desparecem <\/span>do v\u00e1cuo <\/span>a toda hora pares de quarks e anti-quarks, que, apesar de ef\u00eameros, tamb\u00e9m contribuem para a energia total do h\u00e1dron. Veja a figura abaixo, tirada daqui<\/a>. Representa\u00e7\u00e3o art\u00edstica de um par “ef\u00eamero” de quark\/anti-quark strange surgindo dentro de um pr\u00f3ton. Note os quarks permanentes do pr\u00f3ton: up, up e down. As massas azul-verde-amarelo-vermelha em volta dos quarks representam a energia do campo de gl\u00faons. Essa imagem \u00e9 verificada em laborat\u00f3rio, observando colis\u00f5es de el\u00e9trons com o pr\u00f3ton, representadas pela linha branca na figura. Cr\u00e9dito: Derek B. Leinweber <\/p>\n Calcular quantidades \u00e0 partir das equa\u00e7\u00f5es da QCD \u00e9 praticamente imposs\u00edvel na ponta do l\u00e1pis. A QCD funciona ao contr\u00e1rio da for\u00e7a eletromagn\u00e9tica entre \u00e1tomos e mol\u00e9culas interagindo em gases e l\u00edquidos, onde a maioria da energia vem da intera\u00e7\u00e3o direta entre pares de part\u00edculas, uma parcela menor da energia vem de trios de part\u00edculas, uma parte menor ainda vem de grupos de quatro e assim por diante, o que permite aproxima\u00e7\u00f5es que facilitam os c\u00e1culos. No caso da QCD, a intensidade da intera\u00e7\u00e3o aumenta com a dist\u00e2ncia e todas as possiblidades de intera\u00e7\u00e3o precisam ser levadas em conta nos c\u00e1lculos. Esse “acoplamento forte” entre os quarks \u00e9 o motivo pelo qual n\u00e3o existem quarks isolados e pelo qual \u00e9 preciso o aux\u00edlio de computadores para os c\u00e1lculos em QCD.<\/span><\/p>\n Faz uns vinte anos que os f\u00edsicos usam uma t\u00e9cnica computacional chamada de lattice gauge theory<\/em>, que aproxima o cont\u00ednuo do espa\u00e7o e do tempo por uma rede cub\u00edca. Esses modelos s\u00f3 levavam em conta os gl\u00faons, deixando de lado os pares de quarks\/antiquarks. Os valores para as massas dos h\u00e1drons calculados assim eram em m\u00e9dia 10% diferentes dos valores reais.<\/span><\/p>\n Em 2003, uma colabora\u00e7\u00e3o internacional conseguiu calcular a massa de alguns m\u00e9sons inclu\u00edndo o efeito dos pares quark\/anti-quark, mas a t\u00e9cnica n\u00e3o era apropriada para calcular a massa de b\u00e1rions leves, como o pr\u00f3ton e o n\u00eautron.<\/span><\/p>\n O que os pesquisadores fizeram agora foi encontrar pela primeira vez uma aproxima\u00e7\u00e3o do tipo <\/span>lattice gauge theory<\/em><\/span>, capaz de incluir todos os ingredientes da QCD, de permitir a realiza\u00e7\u00e3o de c\u00e1lculos sem sobrecarregar os supercomputadores e que al\u00e9m disso permite a an\u00e1lise das poss\u00edveis fontes de erros e incertezas nos resultados.<\/span><\/p>\n As aproxima\u00e7\u00f5es deles n\u00e3o disting\u00fcem os quarks up<\/em> e down<\/em> e inclui os efeitos de pares de quark\/anti-quarks do tipo strange<\/em> (os demais quarks s\u00e3o muito mais pesados e n\u00e3o influem significativamente). <\/span>Os valores medidos das massas dos b\u00e1rions \u03a9 (sss) e \u039e (uss ou dss) foram usados para “calibrar” a teoria, que n\u00e3o deriva valores absolutos de massa, apenas raz\u00f5es entre elas. A massa obtida para um b\u00e1rion feito de quarks u<\/em> e d<\/em> \u00e9 em torno de 936 MeV\/<\/span>c2<\/sup><\/span>, o que n\u00e3o est\u00e1 longe da massa real do pr\u00f3ton e do n\u00eautron. <\/span><\/p>\n Os pesquisadores usaram o mesmo m\u00e9todo para calcular a massa de mais sete b\u00e1rions e quatro m\u00e9sons, feitos de quarks u<\/em>, d<\/em> e s<\/em><\/span>. Os pesquisadores querem agora calcular outras propriedades dos h\u00e1drons al\u00e9m da massa. O objetivo a longo prazo \u00e9 comparar com os experimentos todas as previs\u00f5es da teoria da cromodin\u00e2mica qu\u00e2ntica e descobrir o que ainda h\u00e1 de desconhecido no interior dos n\u00facleos…<\/span><\/p>\n \u00c9 curioso como podemos pelo Modelo Padr\u00e3o determinar a massa de pr\u00f3tons e n\u00eautrons ainda que a massa exata dos quarks up<\/em> e down<\/em> seja desconhecida, principalmente pelo fato de um quark isolado n\u00e3o existir no universo atual.<\/span><\/p>\n Mas nem sempre foi assim. Pouco ap\u00f3s o Big Bang, o universo era um g\u00e1s quente de quarks e gl\u00faons livres. O universo expandiu, esfriando e rapidamente os quarks e gl\u00faons ficaram confinados, formando os primeiros h\u00e1drons, que guardaram dentro si parte da energia do Big Bang. Chega a ser po\u00e9tica a id\u00e9ia de que parte da energia do Big Bang \u00e9 a origem do peso de nossos corpos…<\/span><\/p>\n Fontes consultadas:<\/p>\n Nature News<\/a><\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n<\/a> <\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n
\n<\/span><\/p>\n