Os 7 elementos

Rodrigo Rezende

Fogo, terra, água e ar. Os filósofos gregos acreditavam que esses quatro elementos formavam tudo o que existe. E eles não estavam tão errados assim. Hoje sabemos que você, as pedras e as estrelas são o resultado de alguns poucos ingredientes e da forma como eles interagem entre si. Para entender isso melhor, olhe seu dedo, que está segurando esta revista. Ele é composto de 99,9% de vazio. Não toca nada. O que mantém esta revista na sua mão são partículas insanamente pequenas trocadas freneticamente entre os átomos dos seus dedos e os do papel. Essas partículas, os verdadeiros elementos fundamentais da natureza, habitam o universo quântico. Duas delas, os quarks e elétrons, formam toda a matéria que você vê. Outras quatro são bloquinhos de energia pura. Há também o neutrino, uma partícula sem casa, que vive do lado de fora dos átomos. Nosso mergulho no mundo subatômico começa por ele. E termina numa enrascada que faz a ciência de hoje parecer tão limitada quanto as ideias dos filósofos gregos.

1. Neutrino

Em 1 segundo, mais de 120 bilhões de partículas minúsculas e quase sem massa terão atravessado seus olhos a uma velocidade próxima a 300 mil quilômetros por segundo. E, até o final desta reportagem, cerca de 10 milhões delas serão criadas dentro de você. Sabe qual o efeito de toda essa atividade? Praticamente nenhum. Isso porque o neutrino, a forma de matéria mais leve que existe, interage tão pouco com as outras coisas que é chamado de partícula fantasma. Ele surge dentro do núcleo atômico, quando um próton vira nêutron (ou vice-versa). Isso acontece nos átomos de hidrogênio do Sol. E dentro de você também. Certos átomos de potássio que formam seu corpo estão emitindo neutrinos agora mesmo. Mas ele não vem do nada, claro: é que sempre sobra alguma energia quando essas transformações acontecem. Essa força, segundo Einstein, se converte em massa, e o processo dá origem, entre outras coisas, a um novo e levíssimo neutrino. Mas nem todos os elementos que formam o Universo são tão fantasmagóricos e antissociais como o neutrino. Um deles, muito pelo contrário, é bem interativo. O nosso número 2.

2. Elétron

O neutrino está vagando por aí, solto pelo espaço. Já o elétron, seu primo mais gordo, também é meio nômade, mas costuma morar numa espécie de habitat natural: a periferia do átomo. E essa perifa do átomo, também conhecida por eletrosfera, é gigantesca. Se o núcleo do átomo fosse do tamanho de uma bola de futebol, o “pedaço” habitado pelos elétrons seria do tamanho de um estádio. Apesar de terem massa desprezível, os elétrons são os responsáveis pelas maravilhas da civilização: chocam-se contra a tela da TV e acendem a imagem, movem-se no filamento da lâmpada e produzem luz, espremem-se contra o ferro de passar e produzem calor, transformam em dados as batidas do teclado de quem escreveu este texto e alimentam a gráfica que imprimiu esta revista. O elétron foi a primeira partícula subatômica a ser descoberta, em 1897, e a única da “velha geração” que continua a ser fundamental. Diferentemente dos pesadões próton e nêutron, que já foram tidos como elementos fundamentais, mas acabaram rebaixados. Eles são feitos de outras partículas, encontradas em 1964. Os…

3. Quarks

“Três quarks para muster mark.” Foi dessa frase do livro Finnegann¿s Wake, do irlandês James Joyce, que o físico americano Murray Gell-Mann tirou o nome dos blocos de partículas formadores de prótons e nêutrons. Um nome que não significa nada. Mas os quarks significam muito: eles são os tijolos que a natureza usa para construir prótons e nêutrons, as superpartículas que formam o núcleo atômico. Cada uma delas é feita de três quarks. Pudera: eles são como uma panelinha de amigos fiéis. Existem só em grupos de três e possuem um tipo de “carga elétrica” chamada cor, que pode ser azul, vermelha ou verde. Dentro de suas panelinhas, eles ficam trocando de cor (ou carga) o tempo todo, como modelos trocando de vestido, num desfile dentro do átomo. Os quarks estão confinados dentro de seu grupo por uma força absurdamente alta, que os puxa violentamente de volta cada vez que eles tentam abandonar a turma. E essa força também é formada por uma partícula. É o…

4. Glúon

Os glúons são como estilistas de quark no desfile subatômico. Eles ficam circulando de um quark a outro dentro da panelinha e são os responsáveis pela troca da cor dos vestidos. Essas partículas funcionam como uma espécie de mola, que deixa os quarks livres quando estão próximos ao centro do grupo, mas os puxam de volta com muita força quando eles se afastam. A força formada pelo glúon é a mais poderosa do Universo, quase infinitamente mais forte do que a gravidade que nos une ao chão. Responde pelo nome de força nuclear forte e mantém o núcleo do átomo coeso. Mas às vezes o elástico arrebenta, e o núcleo do átomo se desfaz. Esse processo é chamado fissão nuclear, quando o átomo é partido em dois, ou decaimento radioativo, quando pedaços do núcleo atômico se soltam, espalhando-se por aí. Essa bagunça atômica, a radioatividade, é causada por partículas desordeiras, verdadeiras destruidoras de átomo. São os nada famosos…

5. Bósons W e Z

Essas partículas são como valentões de colégio: grandes e pesadas, passam a vida tratando a cotoveladas os quarks, elétrons e neutrinos. A gangue da força fraca é formada por três integrantes: os bósons W-, W+ e Z, todos eles com mais de 86 vezes o peso de um próton inteiro. Eles tocam o terror dentro do núcleo, chegando a expulsar partículas de dentro dos átomos mais pesados (daí a radiação). Apesar da violência, essa força é menos intensa que a nuclear forte, cerca de 100 mil vezes mais poderosa. É por isso que os valentões ganharam o apelido de “força fraca”. Na realidade, a gangue da força fraca é uma dissidência de outro bando, muito maior e mais poderoso. No início do Universo, eles estavam associados a outras partículas, com as quais compunham uma força chamada de eletrofraca, que não existe mais. Bilhões dessas antigas companheiras da força fraca saltam desta página direto para os seus olhos a cada segundo. Estamos falando do radiante…

6. Fóton

O sinal da televisão, do rádio, do celular, os raios X, a força que prende o ímã da pizzaria na sua geladeira. Tudo isso é composto de fótons. Eles são mais conhecidos como as partículas que formam a luz visível. Mas essa é só uma de suas atribuições. O que o fóton faz é carregar a segunda força mais poderosa do cosmo: a eletromagnética, bilhões e bilhões de vezes mais poderosa que a gravidade e apenas cem vezes menos intensa que a nuclear forte. Sabe quando falamos que seus dedos não seguram esta revista? Então: o que você entende como toque é nada mais que a repulsão eletromagnética entre o papel e a sua pele. Uma repulsão que acontece por causa dos fótons que sua mão e a revista trocam quando se aproximam. Pense nisso quando fizer sexo: tudo o que você sente ali é uma grande troca de fótons. Bom, de quebra, a força eletromagnética também é a principal responsável por manter os elétrons em torno do núcleo. E é ela que comanda as ligações químicas dos átomos e moléculas. Ufa! Mas existe outra força por aí. Justamente aquela que você mais percebe no dia a dia. É a velha gravidade, que seria o produto do…

7. Gráviton

Dissemos “seria” porque, acredite se quiser, a força que empurrou a maçã na cabeça de Newton e que mantém a Terra orbitando em torno do Sol ainda não é compreendida pela física quântica, para a qual toda força é feita de alguma partícula de energia. A responsável pela gravidade tem até nome: gráviton. Mas, quando os físicos tentam espatifar átomos em aceleradores de partículas para analisar o que sai lá de dentro, cadê o gráviton? Ninguém sabe, ninguém viu. Ele continua sendo uma hipótese e um buraco no Modelo Padrão, a teoria da física que explica tudo o que você viu aqui. Na verdade, o gráviton pode ser o calcanhar de aquiles da física. Há quem diga que só será possível entender a gravidade se olharmos ainda mais fundo na matéria. Para que a maçã de Newton faça sentido, talvez seja preciso pisar num mundo ainda mais misterioso que o da mecânica quântica: o das cordas – entidades fantasmagóricas que viveriam num mundo de 11 dimensões e estariam, segundo alguns teóricos, por trás dos sete elementos.

Quase oito
O bóson de Higgs não é exatamente um “elemento”. É a entidade da natureza que cria a diferença entre partículas com massa e sem massa. Ele produz uma espécie de “campo de força” que permeia cada nanômetro quadrado do Universo. Fótons e outras partículas de energia pura, que não têm massa, não tomam conhecimento desse campo. Quarks, elétrons e outras partículas com massa sofrem uma espécie de “atrito” ao atravessar o campo. E o resultado do atrito é a própria massa dessas partículas. Ou seja, não fosse pelo Higgs, a gente seria feito de energia pura.

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