No mundo dos quarks

David Gross, David Politzer e Frank Wilczek

Quais são os menores blocos construtivos, os menores pedaços de matéria na natureza? Como essas partículas formam tudo o que está à nossa volta? Que forças atuam na natureza e como elas realmente funcionam? O prêmio Nobel de Física de 2004, anunciado pela Real Academia de Ciências da Suécia na manhã desta quarta-feira, 5 de outubro, diz respeito a essas questões fundamentais, que atraíram a atenção dos físicos ao longo de todo o século 20 e ainda desafiam teóricos e experimentalistas que trabalham nos principais aceleradores de partículas do mundo.

Os laureados David Gross, David Politzer e Frank Wilczek, todos norte-americanos, fizeram uma descoberta teórica importante no início da década de 1970 sobre a força forte, ou colour force (força colorida), como também é chamada em inglês. Essa força predomina no núcleo atômico e atua entre os quarks, que estão dentro dos prótons e nêutrons.

Gross, Politzer e Wilczek descobriram algo que, à primeira vista, parecia contraditório. A interpretação dos resultados matemáticos indicava que quanto mais perto um quark está do outro, mais fraca é a ‘força colorida’. Quando muito perto um do outro, a força é tão fraca que os quarks quase se comportam como partículas livres. Esse fenômeno recebeu o nome de liberdade assintótica. Mas, quando um se distancia do outro, a força entre eles aumenta — uma propriedade que pode ser comparada à de uma tira de elástico. Quanto mais a tira é esticada, maior a força produzida.

Divulgada em 1973 com o auxílio de um elegante tratamento matemático, a descoberta possibilitou o surgimento de uma nova e completa teoria, a cromodinâmica quântica. Essa teoria foi uma contribuição importante para o chamado Modelo Padrão, que descreve uma física que conecta a força eletromagnética (que atua entre partículas carregadas), a força fraca (que é importante para a produção da energia solar) e a força forte (que se estabelece entre dois quarks). Para que se complete, possibilitando a descrição de uma teoria final, falta a esse modelo incluir a força gravitacional.

Com a ajuda da cromodinâmica quântica, os cientistas puderam finalmente explicar por que os quarks (que ocorrem sempre em trincas nos prótons e nêutrons) só se comportam como partículas livres mediante energias extremamente elevadas.

Graças à descoberta dos pesquisadores agraciados com o Nobel de 2004, a física atingiu um patamar mais próximo do sonho de uma teoria unificada de todas as forças da natureza: das ínfimas distâncias no interior do núcleo atômico às vastas extensões do universo.

O professor Victor Rivelles, do Departamento de Física da Universidade de São Paulo, disse que há muito tempo a comunidade de físicos de partículas aguardava essa premiação. “Após o Nobel concedido a Gerardus ‘T Hooft e Martinus Veltman em 1999, esperava-se que Gross, Politzer e Wilczek, autores de um trabalho tão importante, também fossem reconhecidos pela Academia Sueca.” Hooft e Veltman foram agraciados com o prêmio pela elucidação da estrutura quântica das interações elétricas fracas.

Renata Moehlecke
Ciência Hoje On-line
05/10/04