O Universo microscópico: partículas inimagináveis

Carta ao leitor

Conheça um universo invisível com um graduando em Química na UFMG

Conhecemos muito sobre o Sistema Solar. Nossas lentes terráqueas, habilmente construídas, já cruzaram fronteiras que há apenas um século pareciam impossíveis de serem cruzadas. Elas alcançaram lugares que ficam a milhões de ano-luz do nosso pequeno planeta azul. Apesar da coleção fantástica de informações sobre o universo macro, pouco entendemos sobre "a base" disso tudo. Eu me refiro às menores unidades de matéria, aquelas que são infinitesimalmente pequenas, mas que formam tudo o que conhecemos.

E, hoje, temos um grande conhecedor do assunto para elucidar alguns dos mistérios do universo micro. Emerson Antônio Junio Gonçalves, estudante de graduação em Química na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG),  nos apresenta partículas que nem mesmo nossos melhores microscópios conseguem visualizar. 

Para quem desejar conhecê-lo melhor, vale muito a pena visitar o grupo no Facebook "Livro de Química". Lá, ele oferece vídeo-aulas e livros de Química (o primeiro volume já foi concluído!) -- tudo de graça. Aproveite! 

Boa leitura!

Por Emerson Antônio Junio Gonçalves (Química - UFMG)

A partir de comparações entre diversas unidades de medida, neste artigo eu explico, de uma forma simples, didática e de fácil compreensão sobre várias partículas subatômicas. Apresento um universo que, de tão minúsculo, parece fazer parte da imaginação da ficção cientifica. 

O conhecimento de tais unidades de medida e das comparações entre elas é de extrema importância. Muitos alunos chegam ao vestibular e nem sequer as compreendem. Atualmente, existe uma dificuldade muito grande de compreensão tanto por parte dos alunos como por parte dos professores. Para os professores é difícil colocar em perspectiva unidades de medida de tamanhos inimagináveis, menores que as de um átomo. Vamos, neste artigo, nos aprofundarmos no estudo do universo microscópico e mergulharmos de cabeça nessa incrível aventura.

Conhecendo o átomo

Sabe-se que a matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa um lugar no espaço. Mas, afinal, de onde vem tal massa? O que dá tal volume à matéria? Em outras palavras: o que compõe a matéria?

Conta-se que, ainda séculos antes de Cristo, dois filósofos chamados Leucito e Demócrito observavam a areia de uma praia. De longe, até parecia que elas eram totalmente uniformes, mas, ao se chegar perto, ficava claro que ela era formada por milhares de pequenos grãos que, no conjunto, formavam aquela estrutura fantástica.

Com base nisso, foi criada a ideia do átomo, que no grego significava “indivisível”. Esses filósofos propuseram que, se um  grão de areia pudesse ser pego e sofresse divisões sucessivas, com seus pedaços cortados sendo cada vez mais divididos, chegaria-se a um ponto em que seria impossível continuar fazendo tal divisão. Esse seria o ponto limite da matéria. Esse ponto seria o átomo (indivisível).

Nuvem eletrônica cercando o núcleo
de um átomo

Evolução da teoria atômica

Com o passar dos anos, a ideia de átomo (isto é, a teoria atômica) foi evoluindo. Os químicos Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr foram os que mais contribuíram para a explicação de um modelo atômico aceitável.

Atualmente nenhuma das teorias propostas por esses químicos é aceita. A teoria do modelo atômico quântico é aceita e utilizada, hoje em dia.

Segundo tal teoria, o átomo é formado por um núcleo denso que é constituído de prótons, que são cargas positivas e nêutrons que são espécies sem cargas. Neste núcleo, está concentrada quase toda a massa atômica. No entanto, o átomo também é constituído por elétrons que se encontram deslocalizados em uma região do espaço, orbitando tal núcleo. Esses elétrons possuem uma massa muito pequena.

 

Por muitos anos pensou que o átomo era a menor partícula existente na matéria, mas hoje estudos apontam que dentro do núcleo atômico existe um mundo tão pequeno e tão bizarro que desafia qualquer lei da física conhecida atualmente.

Partículas subatômicas

O próton, o nêutron e o elétron não são as menores partículas conhecidas. O núcleo guarda uma partícula há muito pouco conhecida - os quarks

Para entendermos as partículas subatômicas precisamos entender o que são partículas. Partícula nada mais é do que uma coisa muito pequena quando comparada com alguma coisa extremamente grande. Um exemplo de fácil compreensão seria comparar o nosso planeta Terra com o Sol. Neste exemplo, a Terra seria considerada uma partícula.

Em perspectiva: a Terra é uma partícula, quando comparada ao Sol

Agora que entendemos o que é partícula, vamos retornar ao estudo atômico. Por séculos -- desde os tempos de Demócrito até o século XX -- pensava-se que o átomo era a menor estrutura da matéria, mas hoje em dia sabe-se que existem partículas ainda menores. Elas são chamadas de quarks e possuem o tamanho na faixa de 10^-14m (10 elevado a menos 14 metros).

Ainda sendo os Quarks partículas pequenas, elas não são as menores.

 

Detector de neutrinos

Existem partículas menores, que nos atravessam a todo o tempo. Elas são chamadas de neutrinos. Os neutrinos são partículas que está na faixa de 10^-20m e são enviadas o tempo todo pelo Sol e são tão rápidas e ágeis que passam por nós a cada milionésimo de segundo sem sequer interagir com nenhuma partícula de nosso corpo.

Matéria escura

Existe um estudo realizado pela NASA que propõe que a matéria escura seja formada por essas pequenas partículas chamadas neutrinos. Embora muito pequenos e com uma massa bem inferior a do elétron (quase desprezível), os neutrinos não ganham o título de menor partícula da matéria. A grande campeã são as “cordas”.

As cordas atômicas são pequenos pacotes de energias que estão na faixa de 10^-33m e são encontradas com facilidade no cosmo. As cordas recebem o título de menor partícula até então conhecida.

Não se conhece muito sobre as cordas. Até onde sabemos, elas interagem dando gravidade à matéria e formando os átomos. Vamos colocar em perspectiva as dimensões tão pequenas das cordas. Imagine que um átomo de hidrogênio fosse aumentado até atingir o tamanho de nosso sistema solar. A corda seria, então, do tamanho de uma árvore.

Se um átomo de hidrogênio fosse do tamanho do Sistema Solar, a corda teria, então, o tamanho de uma árvore

Conclusão

As partículas atômicas são realmente um fantástico campo de estudo. Trata-se de um mundo que parece vir dos livros de ficção cientifica. E, quanto mais conhecemos sobre elas, mais fica claro o quão pouco sabemos.

Para conhecer mais

Veja o documentário exibido pelo The History Channel. A série UNIVERSO, UM MUNDO MICROSCÓPICO está disponível aqui