Como as CORES DOS QUARKS impedem que o núcleo atômico exploda – A CROMODINÂMICA QUÂNTICA!

Este episódio é um oferecimento do Mercado 
Bitcoin, mais detalhes ao final do vídeo. Já faz quase um século que o Edwin Hubble percebeu 
que praticamente todas as galáxias do Universo estão se distanciando da Via Láctea, o que nos 
levou à óbvia conclusão: se hoje elas estão cada vez mais distantes, antes devem ter estado mais 
próximas, e num passado extremamente afastado, estiveram em um único ponto, infinitamente 
pequeno. É muito difícil compreender como toda a matéria que forma eu, você, os animais, 
florestas, cidades, oceanos, a Terra inteira, afinal… Além dos outros astros e galáxias 
do Universo… Possa ter sido comprimida em um ponto infinitamente pequeno… A menos 
que entendamos que as partículas fundamentais da matéria NÃO POSSUEM VOLUME, ou seja, uma 
quantidade praticamente infinita de matéria formada por partículas sem volume tem exatamente 
o mesmo volume de… Nada. Como estas partículas ganharam volume então, afinal somos feitos delas 
e definitivamente, temos volume? Graças à Força Forte, uma das quatro Forças Fundamentais da 
Natureza, aquela que mantém os quarks unidos em prótons e nêutrons no núcleo atômico. Ao 
estabelecer estas estruturas com três quarks, o núcleo atômico ganhou volume… E a presença dos 
prótons criou um campo eletromagnético que atraiu elétrons, que se distribuem a distâncias 
bastante definidas dos núcleos atômicos, dando assim, volume aos átomos em si. Isto que 
você vê no espelho todas as manhãs é, portanto, um conjunto astronomicamente grande de quarks unidos 
pela força forte interagindo eletromagneticamente uns com os outros, presos à superfície terrestre 
por uma terceira força, a gravidade… E que, periodicamente, sente as consequências da quarta 
e última Força Fundamental, a Força Fraca, muitas vezes quando come uma destas. Hoje, porém, 
vamos nos concentrar na primeira Força Fundamental citada, aquela que mantém prótons e nêutrons 
unidos… E entender o que é a cromodinâmica quântica, a teoria que explica o que acontece no 
núcleo dos átomos. Nós sabemos o que acontece no mundo subatômico graças a experimentos como estes 
aqui, os primeiros a utilizarem aceleradores de partículas, que ocorreram no final dos anos 30. 
Pesquisadores como o Murray Gell-Mann colidiam partículas subatômicas a velocidades próximas à da 
luz para saber se elas se dividiriam ou não, o que indicaria quais eram partículas fundamentais… E 
quais eram conjuntos de partículas fundamentais. Hoje em dia o acelerador de partículas mais famoso 
é este aí, o do CERN, o maior construído até hoje, dono de um anel com 8,6 quilômetros de diâmetro. 
Só ele foi capaz de captar, até hoje, o elusivo Bóson de Higgs, é o único colisor potente o 
suficiente para isto já construído… Mas mesmo os primeiros aceleradores de partículas de quase um 
século atrás já conseguiam partir átomos em suas partículas fundamentais, que foram organizadas 
pelos cientistas no hoje famoso “Modelo Padrão”. Relembrando, rapidamente, então, como é o “Modelo 
Padrão”: nele as partículas fundamentais que formam a matéria, tudo o que tem massa, aquilo que 
compõe os seres vivos, os planetas e as estrelas, são chamadas de “férmions”… E as partículas 
fundamentais que intermedeiam as forças que interagem com a matéria, como a eletricidade, se 
chamam “bósons”. Os férmions se subdividem em duas categorias, quarks e léptons… Que por sua vez 
existem em três formas diferentes, que chamamos de “gerações”, cada uma delas com um par de quarks 
e um par de léptons. Os quarks da primeira geração se chamam “Up” e “Down”, e seus léptons são o 
“Elétron” e o Neutrino de Elétron”. Quarks Up e Down se combinam em grupos de três, dois quarks Up 
e um Down formam um próton, dois quarks Down e um Up formam um nêutron, falaremos mais sobre estes 
trios mais adiante no vídeo. Prótons e nêutrons são os componentes do núcleo atômico… E, em 
volta deles, ficam os elétrons, atraídos pela carga positiva dos prótons. Tudo o que está em 
volta de você, inclusive você, é formado por esta combinação de partículas fundamentais, quarks 
Up e Down e elétrons… Neutrinos de Elétrons, por sua vez, são gerados durante fusões 
nucleares como as que ocorrem no centro do Sol. Como suas massas são extremamente pequenas, eles 
praticamente não interagem com o resto da matéria, um quatrilhão deles atravessa nossos corpos 
a cada segundo e, obviamente, não percebemos. A segunda geração de férmions é formada pelos 
quarks “Charm” e “Strange”, e pelos léptons “Múon” e “Neutrino de Múon”. Qual a diferença 
entre a segunda e a primeira geração? A massa, a da segunda geração é maior, mas as propriedades 
básicas de cada partícula são praticamente iguais. Isto se aplica, também, à terceira geração, 
que é formada pelos quarks “Top” e “Botton”, e pelos léptons “Tau” e “Neutrino de Tau”, que 
são ainda mais massivos… O que torna tanto a segunda quanto a terceira geração raríssimas no 
Universo, quase tudo é formado pelas partículas da primeira geração. Cada um dos férmions citados 
até aqui possui sua versão de antimatéria, com carga elétrica oposta, que também 
são absurdamente raros na natureza, voltaremos a falar deles mais adiante. Os 
bósons, porém, estão em tudo que nos cerca, afinal são eles que intermedeiam as interações 
entre as partículas de matéria. O fóton é o bóson que intermedeia o eletromagnetismo, é ele quem 
viaja na velocidade da luz e é o responsável tanto pela luz em si quanto pelo magnetismo. O Z zero, 
o W mais e o W menos são aqueles que intermedeiam a Força Fraca, a responsável pela radioatividade 
de elementos como o potássio da banana que a moça está comendo. Finalmente, temos o glúon, o bóson 
que intermedeia a Força Forte, que mantém prótons e nêutrons unidos. É sobre esta interação que nos 
aprofundaremos hoje. Voltemos, então, aos quarks. Apesar de existirem seis tipos deles, como já 
dissemos, a massa dos mais pesados não apenas os tornam bem mais difíceis de se formar como muito 
instáveis, também… Portanto praticamente tudo que possui massa no Universo é feito por quarks Up 
e Down. Os léptons, como o elétron e os neutrinos, possuem sempre cargas iguais a 0, um ou menos 
um, cargas “inteiras”, é por isso que eles vivem sozinhos… Diferentemente dos quarks! A carga 
elétrica dos quarks é sempre uma fração e, por algum motivo que nos escapa, a natureza não gosta 
de cargas fracionadas passeando livres por aí. É por isso que os quarks se combinam, para 
completar suas cargas. Os quarks Up, Charm e Tau possuem dois terços de uma carga positiva, 
enquanto o Down, o Strange e o Botton possuem um terço de uma carga negativa. Portanto, quando 
dois quarks Up se encontram com um quark Down, eles se unem e formam um próton, que tem uma carga 
positiva: a soma de dois terços da carga positiva de um Up com mais dois terços da carga positiva 
do outro Up dá quatro terços de carga positiva, que somados ao terço de carga negativa do 
quark Down resulta em uma única carga positiva, a carga elétrica característica do próton, 
formado por dois quarks Up e um Down. O nêutron, por sua vez, tem dois quarks Down e 
um Up, a soma das duas cargas um terço negativas com uma dois terços positiva… É zero, a carga 
elétrica que sabemos que o nêutron carrega, é por isso que ele tem este nome. É bom lembrarmos, 
também, que há todo um conjunto de partículas fundamentais raríssimas mas que também fazem parte 
da natureza, aquelas formadas por antimatéria, cuja característica mais marcante é sua carga 
elétrica oposta àquelas formadas por matéria. Há, portanto, seis antiquarks, cada um equivalente 
ao quark de massa semelhante feito de matéria. Existe um tipo de partícula subatômica que só 
se forma em colisões extremamente energéticas chamado “Píon”. Eles aparecem nos aceleradores de 
partículas, claro… Mas também quando os famosos “Raios Cósmicos” penetram em nossa atmosfera e 
colidem com os núcleos atômicos que a formam. A energia liberada, por alguns instantes, forma 
antiquarks, que rapidamente se associam com quarks e criam estes exóticos casais… Cuja carga 
elétrica total, mais uma vez, é zero. Esta, porém, não é uma relação feita para durar… 
Em átimos de segundo os píons desestabilizam e se transformam em energia, dois raios-gama com o 
valor energético de suas massas somadas. Ok, você já entendeu que quarks possuem cargas elétricas, 
que elas são duas – positiva e negativa – e que, para um férmion existir, a soma da carga elétrica 
de seus componentes precisa ser um número inteiro ou zero. Mas há ainda uma outra característica 
dos quarks que devemos levar em consideração para compreender como eles funcionam: sua “cor”. 
Não estamos falando aqui sobre cores propriamente ditas… Na prática as cores estão relacionadas ao 
comprimento de onda dos fótons que as representam, características que não se aplicam aos quarks 
que estamos estudando. Só usamos o termo “cor” porque há uma correlação direta entre o que 
acontece no núcleo dos átomos e aquilo que nossos olhos entendem como “cores”. Assim como as 
cargas elétricas possuem duas variedades opostas, que chamamos de “positiva” e “negativa”, as cargas 
de cor possuem três variedades que chamamos de “vermelho”, “verde” e “azul”… Que somadas 
também se anulam. Cada quark possui, portanto, uma carga de cor, vermelha, verde ou azul… E os 
antiquarks, cargas invertidas: “anti-vermelho”, “anti-verde” e “anti-azul”. As cargas de 
cor também se somam quando juntamos quarks, é por isso que eles costumam formar grupos de 
três, porque juntar vermelho, verde e azul… Dá branco, o valor “neutro” das cargas de cor. O 
mesmo vale para os píons, quando um quark se une a um antiquark, suas cargas de cor também precisam 
ser opostas, para que a soma dê zero. Os quarks que formam um próton, portanto, precisam ter cada 
um uma cor diferente para que ele se estabilize… O que também é verdade no caso dos nêutrons… E 
até mesmo no dos píons. E o que isto tem a ver com a Força Forte? Acontece que os quarks mudam de 
cor constantemente, é uma característica deles, e esta mudança ocorre quando eles emitem a 
partícula que intermedeia a força forte, o glúon. Um quark com carga de cor vermelha, por exemplo, 
quando muda para azul, emite a carga vermelha em um glúon, que também carrega consigo uma 
carga “anti-azul” para compensar a carga azul que o quark, agora, possui. Glúons sempre 
carregam consigo duas cargas, uma “normal”; vermelha, verde ou azul… E uma inversa; 
“anti-vermelha”, “anti-verde” ou “anti-azul”. Supondo que outro quark receba aquele glúon, a 
carga “anti-azul” vai anular a carga azul que ele possuía e abrir caminho para a carga vermelha 
assumir o comando, tornando-o um quark “vermelho”. Olhando de fora, a impressão que temos é a de que 
os quarks trocaram de cor um com o outro… E é esta interação que mantém os quarks unidos, é a 
origem da Força Forte, ela funciona como se fosse um anel elástico. Esta analogia é perfeita porque 
uma das características da Força Forte é que, se você tenta distanciar um quark dos outros dois, 
assim como aconteceria se a ligação dos glúons fosse um elástico, a tensão cresceria, “puxando” 
o quark fujão com cada vez mais força de volta para os outros dois. É isto que mantém prótons e 
nêutrons coesos, e também próximos uns aos outros, a Força Forte é praticamente inviolável, mas 
quando isto acontece… Muita, muita energia é liberada. Se “puxarmos” um quark de um próton 
com força suficiente para romper o “elástico”, ou seja, usando uma força ainda maior do que 
a Força Forte… A energia que mantinha o trio coeso é liberada, mas imediatamente se converte 
em matéria, formando um par quark-antiquark que, inevitavelmente, vai se combinar com 
os três quarks já existentes. O próton, assim, volta a se estabilizar… E o píon, como 
você já sabe, vai se transformar em raios-gama. É por isso que explosões nucleares emitem 
tanta radiação neste comprimento de onda. É por isso que jamais vemos quarks sozinhos 
no Universo, as leis que o governam impedem que isto aconteça, toda vez em que tentamos 
isolar um quark, a energia gasta no processo se transforma em novas partículas que jamais o 
deixam solitário. É curioso imaginar que as leis que controlam o infinitamente pequeno são a chave 
para compreender o infinitamente grande também, afinal parece que as viagens interestelares, um 
dia, dependerão de reatores de fusão nuclear ou até mesmo, de antimatéria… Coisas que o Hubble 
mal conseguia conceber na época em que descobriu o real tamanho do Universo… E as pistas que 
nos levaram a deduzir que todos somos formados por partículas fundamentais sem volume, que um 
dia estiveram juntas em um ponto infinitamente pequeno, 13 bilhões e oitocentos milhões de 
anos atrás. Assim como é difícil conceber que toda a matéria do Universo já esteve em 
um único ponto, não é fácil compreender como as moedas virtuais podem ter valor, afinal… 
Elas são apenas uma invenção de alguém, certo? As bitcoins surgiram logo após a recessão de 2008, 
disparada por uma bolha imobiliária nos Estados Unidos, o que fez com que as pessoas perdessem a 
confiança nas instituições bancárias americanas. A ideia do Satoshi Nakamoto, o pseudônimo do criador 
das bitcoins, foi contornar o sistema financeiro tradicional. A estrutura que governa as bitcoins 
é feita por seus próprios usuários, que rodam o programa que valida a moeda, chamado “blockchain”. 
O blockchain é, simplesmente, um registro das transações feitas com a moeda, que não depende de 
bancos, elas são registradas por cada pessoa que compra ou vende bitcoins. Estas transações 
são registradas na “corrente de blocos”, ou “blockchain”, que não pode ser falsificada já 
que os códigos que a comandam estão espalhados por todos os computadores envolvidos e são os mesmos. 
É ISTO que dá valor às bitcoins, a confiança de que elas são invioláveis e não dependem do humor 
de nenhum governo. Elas são, também, limitadas: só existem 21 milhões de bitcoins no mundo, boa parte 
delas ainda aguardando ser mineradas, é um estoque limitado, assim como o do ouro, por exemplo. 
Mesmo com tanta segurança, porém, as moedas virtuais são bastante voláteis, seus valores podem 
mudar radicalmente de um dia para o outro, apesar da bitcoin ter valorizado muito nos últimos dias, 
os especialistas recomendam investir, no máximo, 5 por cento do seu patrimônio nelas por conta 
desta volatilidade. E como fazer isto? No Brasil o melhor operador de moedas virtuais é o Mercado 
Bitcoin, que tem mais de 4 milhões de usuários na América Latina, e que está com uma proposta ótima 
para novos clientes: apontando sua câmera para este QR code você já cai na página de abertura 
de contas do MB, é coisa rápida, demora três minutinhos… Daí basta colocar cinquenta reais na 
conta e comprar ativos digitais com eles que, num prazo de sete dias, o MB vai te dar, de presente, 
mais vinte e cinco reais. É uma excelente oportunidade para experimentar o mundo das 
criptomoedas e já ter algum lucrinho… Aproveita porque a promoção não vai durar para sempre! Quer 
se aprofundar um pouco mais no mundo da Física Quântica, uma das matérias mais contraintuitivas 
e fascinantes que a Ciência já produziu? Assista a este vídeo! Estes foram os seguidores 
e membros que contribuíram com o crescimento do canal nesta semana! Se você gostou do que viu, 
considere apertar o botão de seguir agora! Eu sou o Juliano Righetto, e você acabou de assistir 
a mais um “somos míopes porque somos breves”!