Os Quarks não têm cores

Em um nível fundamental, a realidade é determinada por apenas duas propriedades do nosso Universo: a quanta que compõem tudo o que existe e as interações que ocorrem entre eles. Embora as regras que regem tudo isso possa parecer complicado, o conceito é extremamente simples. O universo é feito de pedaços discretos de energia que estão ligados em partículas quânticas com propriedades específicas, e essas partículas interagem entre si de acordo com as leis da física que subjazem à nossa realidade.

algumas destas propriedades quânticas determinam se e como uma partícula irá interagir sob uma determinada força. Tudo tem energia e, portanto, tudo experimenta gravidade. Apenas as partículas com os tipos certos de cargas experimentam as outras forças, no entanto, como essas cargas são necessárias para que os acoplamentos ocorram. No caso da força nuclear forte, as partículas precisam de uma carga de cor para interagir. Só que os quarks não têm cores. Eis o que se passa em vez disso.

Embora possamos não entender tudo sobre esta realidade, temos que descobriu todas as partículas do Modelo Padrão e a natureza das quatro forças fundamentais — gravidade, eletromagnetismo, força nuclear fraca e força nuclear forte — que regem suas interações. Mas nem todas as partículas experimentam todas as interações; você precisa do tipo certo de carga para isso.

das quatro forças fundamentais, cada partícula tem uma energia inerente a ela, mesmo partículas sem massa como fótons. Enquanto tivermos energia, experimentamos a força gravitacional. Além disso, há apenas um tipo de carga gravitacional: energia positiva (ou massa). Por esta razão, a força gravitacional é sempre atrativa, e ocorre entre tudo o que existe no universo.

o Electromagnetismo é um pouco mais complicado. Em vez de um tipo de carga fundamental, há dois: cargas elétricas positivas e negativas. Quando cargas semelhantes (positivas e positivas ou negativas e negativas) interagem, elas se repelem, enquanto quando cargas opostas (positivas e negativas) interagem, elas se atraem.

isto oferece uma possibilidade excitante de que a gravidade não: a capacidade de ter um estado limitado que não exerce uma força líquida sobre um objeto externo carregado separadamente. Quando quantidades iguais de cargas positivas e negativas se unem em um único sistema, você obtém um objeto neutro: um sem carga líquida para ele. As taxas livres exercem forças atraentes e/ou repulsivas, mas os sistemas não cobrados não o fazem. Essa é a maior diferença entre gravitação e eletromagnetismo: a capacidade de ter sistemas neutros compostos por cargas elétricas não-zero.

Se fôssemos imaginar essas duas forças lado-a-lado, você pode pensar do eletromagnetismo como tendo duas direções, enquanto a gravitação tem apenas um único sentido. Cargas elétricas podem ser positivas ou negativas, e as várias combinações de Positivo-Positivo, Positivo-negativo, negativo-positivo, e negativo-negativo permitem atração e repulsão. A gravitação, por outro lado, só tem um tipo de carga, e portanto apenas um tipo de força: a atração.Apesar de existirem dois tipos de carga elétrica, é necessária apenas uma partícula para cuidar da ação atrativa e repulsiva do eletromagnetismo: o fóton. A força eletromagnética tem uma estrutura relativamente simples – duas cargas, onde como as repelem e os opostos se atraem-e uma única partícula, o fóton, pode ser responsável por efeitos elétricos e magnéticos. Em teoria, uma única partícula, o graviton, poderia fazer a mesma coisa pela gravitação.

mas depois, numa base completamente diferente, há a força forte. É semelhante à gravidade e ao eletromagnetismo, no sentido de que há um novo tipo de carga e novas possibilidades para uma força associada a ela.

se você pensar em um núcleo atômico, você deve reconhecer imediatamente que deve haver uma força adicional que é mais forte do que a força elétrica é, caso contrário o núcleo, feito de prótons e nêutrons, iria voar para longe devido à repulsão elétrica. A força nuclear forte de nome Criativo é a parte responsável, como os constituintes de prótons e nêutrons, quarks, têm cargas elétricas e um novo tipo de carga: carga de cor.

ao contrário do que se pode esperar, não há nenhuma cor envolvida. A razão pela qual lhe chamamos carga de cor é porque em vez de um tipo fundamental e atraente de carga (como a gravidade), ou dois tipos opostos de carga fundamental (positivo e negativo, como o eletromagnetismo), a força forte é governada por três tipos fundamentais de carga, e eles obedecem regras muito diferentes do que as outras, forças mais familiares.

para cargas elétricas, uma carga positiva pode ser cancelada por uma carga igual e oposta — uma carga negativa — da mesma magnitude. Mas para cargas de cor, você tem três tipos fundamentais de carga. A fim de cancelar uma única carga de cor de um tipo, você precisa de um de cada um dos segundo e terceiro tipos. A combinação de números iguais de todos os três tipos resulta em uma combinação que chamamos de “incolor”, e incolor é a única combinação de partícula composta que é estável.

isto funciona independentemente para quarks, que têm uma carga de cor positiva, e antiquarks, que têm uma carga de cor negativa. Se você imaginar uma roda colorida, você pode colocar vermelho, verde e azul em três locais equidistantes, como um triângulo equilátero. Mas entre vermelho e verde seria amarelo; entre verde e azul seria ciano; entre vermelho e azul seria magenta.

estas cargas entre cores correspondem às cores das antipartículas: as anticloras. Ciano é o mesmo que anti-vermelho; magenta é o mesmo que anti-verde; amarelo é o mesmo que anti-azul. Assim como você poderia adicionar três quarks com cores vermelho, verde e azul para fazer uma combinação incolor (como um próton), você poderia adicionar três antiquarks com cores Ciano, magenta e amarelo para fazer uma combinação incolor (como um antiproton).

se você sabe alguma coisa sobre cor, você pode começar a pensar em outras maneiras de gerar uma combinação incolor. Se três cores diferentes ou três anticolores diferentes poderiam funcionar, talvez a combinação cor-anticolor direita poderia levá-lo lá?

na verdade, pode. Você poderia misturar a combinação certa de um quark e um antiquark para produzir uma partícula composta incolor, conhecida como um méson. Isso funciona, porque:

• vermelho e ciano,
• verde e magenta,
• e azul e amarelo

são todos os incolor combinações. Desde que você adicione uma carga de rede incolor, as regras da força forte permitem que você exista.

isto pode fazer-te pensar em alguns caminhos interessantes. Se vermelho + verde + azul é uma combinação incolor, mas Vermelho + Ciano também é incolor, isso significa que Verde + Azul é o mesmo que ciano?Está absolutamente certo. Isso significa que você pode ter um único quark (colorido) emparelhado com qualquer um dos seguintes:

• dois quarks,
• um antiquark,
• três quarks e um antiquark,
• um quark e dois antiquarks,
• cinco quarks,

ou qualquer outra combinação que leva a um gás incolor total. Quando se ouve falar de partículas exóticas como tetraquarks (dois quarks e dois antiquarks) ou pentaquarks (quatro quarks e um antiquark), sabe-se que elas obedecem a estas regras.

Mas a cor é apenas uma analogia, e essa analogia realmente vai quebrar muito rapidamente se você começar a olhar para ele em muito detalhe. Por exemplo, a forma como a força forte funciona é trocando glúons, que carregam uma combinação cor-anticolor com eles. Se você é um quark azul e você emite um gluon, você pode se transformar em um quark vermelho, o que significa que o gluon você emitida continha um ciano (anti-vermelho) e um azul cor de carga, permitindo-lhe conservar a cor.

você pode pensar, então, com três cores e três anticolores, que haveria nove tipos possíveis de glúon que você poderia ter. Afinal, se você combinar cada vermelho, verde e azul com cada Ciano, magenta e amarelo, há nove combinações possíveis. Este é um bom primeiro palpite, e está quase certo.

no entanto, ao que parece, existem apenas oito glúons. Imagine que é um quark vermelho, e emite um glúon vermelho / magenta. Vais transformar o quark vermelho num quark verde, porque é assim que conservas a cor. Esse gluon então encontrará um quark verde, onde a magenta aniquilará com o verde e deixará a cor vermelha para trás. Desta forma, as cores são trocadas entre partículas coloridas interagindo.

Esta linha de pensamento só é bom para seis dos glúons, que:

• vermelho/magenta,
• vermelho/amarelo,
• verde/turquesa,
• verde/amarelo,
• azul/ciano e
• azul/magenta.

quando você encontra as outras três possibilidades-Vermelho / Ciano, Verde / magenta, e azul / amarelo-há um problema: eles são todos incolor.

em física, sempre que se tem partículas que têm os mesmos números quânticos, elas misturam-se. Estes três tipos de glúons, todos sem cor, misturam-se. Os detalhes de como eles se misturam são bastante profundas e vão além do escopo de um não-artigo técnico, mas você acaba com duas combinações que são desigual mistura de três cores diferentes e anticolors, juntamente com uma combinação de uma mistura de todas as cores/anticolor pares igualmente.

a última é verdadeiramente incolor, e não pode interagir fisicamente com nenhuma das partículas ou antipartículas com cargas de cor. Portanto, existem apenas oito glúons físicos. As trocas de glúons entre quarks (e/ou antiquarks), e de partículas incolor entre outras partículas incolor, é literalmente o que liga núcleos atômicos juntos.

Podemos chamá-lo de carga de cor, mas a força nuclear forte obedece a regras que são únicos entre todos os fenômenos do Universo. Enquanto atribuímos cores a quarks, anticolores a antiquarks, e combinações cor-anticolor a glúons, é apenas uma analogia limitada. Na verdade, nenhuma das partículas ou antipartículas tem uma cor, mas simplesmente obedecer as regras de uma interação que tem três tipos fundamentais de carga, e apenas combinações que não têm nenhuma carga líquida sob este sistema são permitidas a existir na natureza.

esta interação intrincada é a única força conhecida que pode superar a força eletromagnética e manter duas partículas da mesma carga elétrica Unidas em uma única estrutura estável: o núcleo atômico. Os Quarks não têm cores, mas têm cargas governadas pela forte interação. Só com estas propriedades únicas é que os blocos de construção da matéria podem se combinar para produzir o Universo que habitamos hoje.