Roman GłogulskiFísicos do Instituto Nacional de Aceleração de Partículas Thomas Jefferson, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, descobriram novos detalhes sobre as forças nucleares dentro de um próton ao estudar a influência da gravidade em partículas subatômicas.
Os resultados desta pesquisa, recentemente publicados no periódico “Reviews of Modern Physics”, fornecem insights sobre a distribuição de força que pode afetar partículas quark, que compõem o próton.
O autor principal do estudo, Volker Burkert, Chefe Científico do Laboratório Jefferson, explica que esta observação fornece informações sobre o ambiente em que os componentes de um próton existem. Os prótons são compostos por três quarks que estão unidos pela força nuclear.
“Para remover um quark de dentro de um próton, seria necessário aplicar uma força superior a quatro toneladas”, explica Burkert. “Mas a natureza não nos permite separar um quark individual do próton devido a uma propriedade dos quarks chamada ‘cor’. Existem três cores que se misturam dentro do próton para criar sua estrutura externa sem cor, o que é uma condição para sua existência no cosmos.”
“Tentar separar um quark de uma cor diferente dos outros resultaria na criação de um par de mésons quark-antiquark, ao mesmo tempo em que se utiliza energia para separar o quark. Como resultado, obteríamos um próton (ou nêutron) sem cor, com a força necessária para esse processo sendo de quatro toneladas.”
Essa observação é a segunda propriedade mecânica de um próton medida até agora. Sua pressão interna, distribuição de massa (tamanho), momento angular e tensão de cisalhamento já foram medidos anteriormente. Esse resultado tornou-se possível devido ao conhecimento acumulado ao longo de mais de meio século, bem como aos dados coletados ao longo de duas décadas.
Já na década de 1960, teóricos apresentaram hipóteses sobre a influência da gravidade em partículas subatômicas, como prótons. No entanto, naquela época, não havia métodos de pesquisa eficazes para confirmar essas hipóteses devido à diferença enorme na força da gravidade em relação às forças eletromagnéticas.
Décadas atrás, foram coletados dados de experimentos realizados com as ferramentas do Instituto Nacional de Aceleração de Partículas Thomas Jefferson. Em um experimento típico, um elétron de alta energia interage com outra partícula ao trocar um pacote de energia e momento chamado fóton virtual. A energia do elétron determina com qual partícula ele interage e como eles reagem entre si.
Durante o experimento, uma força superior a quatro toneladas necessária para separar um par quark/antiquark foi aplicada a um próton imerso em hidrogênio líquido.
“Na fase final do experimento, o próton permaneceu intacto, mas foi repelido sob a influência da força exercida pelo elétron altamente energético. Como resultado dessa interação, um fóton de energia muito alta e um elétron disperso foram produzidos”, acrescenta Latifa Elouadhriri, cientista do Laboratório Jefferson e coautora do estudo. “Na época em que estávamos coletando os dados, não tínhamos conhecimento de que, além da imagem em três dimensões, estávamos coletando dados que nos permitiriam entender as propriedades mecânicas do próton.”
Descobriu-se que esse processo, conhecido como espalhamento Compton virtual profundo (DVCS, na sigla em inglês), poderia estar relacionado à influência da gravidade na matéria. A versão geral dessa conexão foi descrita em um livro de 1973 sobre a teoria geral da relatividade de Einstein chamado “Gravitation”, escrito por Charles W. Misner, Kip S. Thorne e John Archibald Wheeler.
O livro afirmava: “Qualquer campo de spin-2 sem massa produziria uma força indistinguível da gravidade, porque tal campo se acoplaria ao tensor energia-momento da mesma maneira que a gravidade interage”. Essa teoria foi desenvolvida ainda mais trinta anos depois, com o aprofundamento do assunto por Maxim Polyakov.
FAQs
1. O que os físicos do Instituto Nacional de Aceleração de Partículas Thomas Jefferson descobriram?
Eles descobriram novos detalhes sobre as forças nucleares dentro de um próton, especificamente em relação à força que pode afetar partículas quark, que compõem o próton.
2. O que são prótons?
Prótons são partículas formadas por três quarks que estão unidos pela força nuclear.
3. Quanta força é necessária para remover um quark de dentro de um próton?
Para remover um quark de dentro de um próton, é necessário aplicar uma força superior a quatro toneladas.
4. Por que um quark individual não pode ser separado de um próton?
Um quark individual não pode ser separado de um próton devido a uma propriedade chamada “cor”, possuída pelos quarks. Existem três cores que se misturam dentro do próton para criar sua estrutura externa sem cor, o que é uma condição para sua existência no cosmos.
5. Quais propriedades mecânicas de um próton foram medidas?
Até agora, foram medidas sua pressão interna, distribuição de massa, momento angular e tensão de cisalhamento.
6. Quais métodos de pesquisa permitiram a confirmação de hipóteses sobre a influência da gravidade em partículas subatômicas?
Dados coletados a partir de experimentos realizados com as ferramentas do Instituto Nacional de Aceleração de Partículas Thomas Jefferson permitiram a confirmação de hipóteses sobre a influência da gravidade em partículas subatômicas.
7. Como foi a interação de um elétron de alta energia com um próton no experimento?
No experimento, foi aplicada uma força superior a quatro toneladas necessária para separar um par quark/antiquark a um próton imerso em hidrogênio líquido.
8. Que nome é dado ao processo associado à influência da gravidade na matéria?
Esse processo é chamado espalhamento Compton virtual profundo (DVCS, na sigla em inglês).
9. Que conexão teórica foi descrita no livro “Gravitation”?
O livro afirmava que qualquer campo de spin-2 sem massa produziria uma força indistinguível da gravidade.
10. Quem desenvolveu ainda mais a teoria relacionada à influência da gravidade na matéria trinta anos depois?
A teoria foi desenvolvida ainda mais trinta anos depois por Maxim Polyakov.
Links Relacionados Sugeridos:
– Instituto Nacional de Aceleração de Partículas Thomas Jefferson
– Reviews of Modern Physics
– [Thomas Jefferson National Accelerator Facility](https://www.jlab.org/)
– [Reviews of Modern Physics](https://journals.aps.org/rmp)
The source of the article is from the blog meltyfan.es
