Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 31 — páginas 1 a 20
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Assuntos identificados: voyager, partículas, infinito, massa, carga, espacial, impressão, quarks, foguete, energia.
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REVISTA DE DIVULGAÇÃO DE ASTRONOMIA E CIÊNCIAS DA NATUREZA ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL Ano 08 - Nº 31 - Setembro/2021 ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL COMO ESTÃO HOJE AS SONDAS VOYAGER PARTÍCULAS ELEMENTARES PARTÍCULAS ELEMENTARES LUNA-25: O INÍCIO DE UMA BASE NA LUA LUNA-25: O INÍCIO DE UMA BASE NA LUA IMPRESSÃO 3D: APLICAÇÕES IMPRESSÃO 3D: APLICAÇÕES A NOÇÃO DE INFINITO A NOÇÃO DE INFINITO COMO ESTÃO HOJE AS SONDAS VOYAGER
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Conselho editorial: Maico A. Zorzan [email protected] Rafael Cândido Jr. [email protected] Wilson Guerra [email protected] Redatores desta edição: Adriane Casteleira Maico Zorzan Rafael Cândido Jr. Ricardo F. Pereira Wilson Guerra Arte e Diagramação: Wilson Guerra Astrofotos: Adriane Casteleira Bruno Bonicontro Carlos Aparecido Domingues Fernando Oliveira de Menezes Maico Zorzan Neste Equinócio de Primavera (no Hemisfério Sul) a Revista Astronova publica sua 31ª edição. Como na maior parte do mundo, no Brasil a pandemia e Covid-19 começa a ser superada, graças à Ciência. Em (bem) menor grau, devido a forma dos gestores públicos trataram o grave problema. Mas com os ventos dos bons tempos de fim de pandemia Adriane Casteleira traz um resumo operacional das sondas Voyager, que mudaram nossa visão do Sistema Solar nas últimas décadas. Eternizadas por Carl Sagan, estas espaçonaves estão no coração de qualquer entusiasta do Cosmos. Rafael Cândido discorre sobre o mundo das partículas elementares, continuando o tema da edição passada, desta vez tratando sobre os Quarks. O matemático Maico Zorzan nos escreve sobre a noção de infinito e como essa (literalmente) grande idéia influencia o pensamento da humanidade, inclusive acerca do Universo. Ricardo Francisco Pereira inicia uma série de artigos sobre tecnologia de impressão 3D e mostra como essa inovadora indústria já está ficando e vai ficar cada vez mais presente em nosso cotidiano. Eu concluo esta edição tratando do projeto Luna-25, uma missão de sonda automática que a Rússia retoma depois de décadas, mas agora num contexto muito maior: a construção de uma base de pesquisas na superfície da Lua! Mas como sempre, começamos com a agenda de lançamentos espaciais e um resumo das atividades nas estações espaciais Internacional e Tiangong. Tome a vacina, confie na Ciência (não nos políticos) e uma boa leitura! Wilson Guerra Revista AstroNova AstroNova . N.31 . 2021 EXPEDIENTE EDITORIAL Capa: Chuva de meteoros perseídas apod.nasa.gov/apod/ap210820.html Wilson Guerra Revista AstroNova Wilson Guerra Revista AstroNova Redes sociais Facebook/Instagram: Wilson Guerra Podcast: Mateus Leal Castanheira Twitter/Youtube: Adriane Casteleira Website: Maico Zorzan
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SUMÁRIO 09 25 31 Ano 8 | Edição nº 31 | 2021 17 AS VÁRIAS CONCEPÇÕES DE INFINITO E SEUS IMPACTOS NA HISTÓRIA MODELO PADRÃO AS PARTÍCULAS ALÉM DO ÁTOMO O MUNDO DA IMPRESSÃO 3D APLICAÇÕES O QUE AINDA FUNCIONA NAS NAVES VOYAGER 1 e 2 39 SONDA LUNA-25: O INÍCIO DA ESTAÇÃO LUNAR CIENTÍFICA INTERNACIONAL
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PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE Foguete: Falcon 9 (SpaceX) Crew Dragon com tripulação Crew-3 da ISS Local: Kennedy Space Center Data: 31/10/2021 Foguete: Atlas V (ULA) Carga: sonda Lucy (Nasa), que estudará asteroides troianos Local: Cabo Canaveral Data: 16/10/2021 EUAEUA Foguete: SLS (Boeing/NG) Teste não-tripulado da nave Órion para a Lua (missão Artemis-1) Local: Kennedy Space Center Data: 22/11/2021 Foguete: Falcon 9 (SpaceX) Sonda Dart (Nasa), que estudará efeito de impacto em asteroide Local: base de Vandenberg Data: 24/11/2021 Foguete: Soyuz-2 (POCKOCMOC) Nave Soyuz MS-19 com tripulação da ISS para gravação de longa Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 05/10/2021 Foguete: Soyuz-2 (POCKOCMOC) telecomunicação e internet Local: Cosmódromo de Vostochny Data: 14/10/2021 Carga: OneWeb-11, 36 satélites de RÚSSIARÚSSIA Foguete: Soyuz-2 (POCKOCMOC) Nave cargueira Progress MS-18 com equipamentos e suprimentos para ISS Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 28/10/2021 Foguete: Soyuz-2 (POCKOCMOC) Nave Soyuz MS-20 com tripulação de turistas para ISS Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 08/12/2021
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PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE Foguete: Soyuz-2 Satélites Galileo 27 & 28; europeu de geolocalização Local: espaçoporto de Kourou Data: 22 ou 23/10/2021 sistema EUROPAEUROPA Foguete: Longa Marcha 2D comunicação Local: Base de Jiuquan Data: 11/2021 Shijian-19, satélite de CHINACHINA Foguete: Longa Marcha 2F (Casc) para a estação Tiangong Local: Base de Jiuquan Data: 10/2021 Nave Shenzhou-13 com tripulação Foguete: KSLV 2 (Kari) Teste de lançamento orbital Local: Naro Space Center Data: 21/10/2021 COREIA DO SULCOREIA DO SUL Foguete: Ariane 5 (Ariane Space) SES 17 & Syracuse 4A, satélites de comunicação Local: espaçoporto de Kourou Data: 22/10/2021 Foguete: Ariane 5 (Ariane Space) James Webb, telescópio espacial infravermelho Local: espaçoporto de Kourou Data: 18/12/2021 Foguete: Ariane 5 (Ariane Space) Ovzon, satélite de comunicação Local: espaçoporto de Kourou Data: 12/2021
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Principais atividades - julho a setembro/2021Principais atividades - julho a setembro/2021 Tripulação atualTripulação atual ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONALESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL Soyuz MS-19: Roscosmos (05/10/2021)Soyuz MS-19: Roscosmos (05/10/2021) Crew-3: SpaceX (23/10/2021)Crew-3: SpaceX (23/10/2021) Próximas ExpediçõesPróximas Expedições Cosmonautas Dubrov e Novitsky concluem segunda caminhada espacial instalando equipamentos na parte externa do novo módulo científico Nauka. Cosmonautas Dubrov e Novitsky concluem segunda caminhada espacial instalando equipamentos na parte externa do novo módulo científico Nauka. Astronauta Megan McArthur no Advanced Plant Habitat, onde um pé de pimenta floresceu. Astronauta Megan McArthur no Advanced Plant Habitat, onde um pé de pimenta floresceu. Astronautas conversam ao vivo com estudantes de Nova Iorque e Nova Jersey. Astronautas conversam ao vivo com estudantes de Nova Iorque e Nova Jersey.
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Estação Espacial TiangongEstação Espacial Tiangong Principais atividades - julho a setembro/2021Principais atividades - julho a setembro/2021 Nave cargueira Tianzhou-3 acoplou automaticamente no módulo TianHe da estação Tiangong. Os taikonautas Liu Boming e Tang Hongbo realizaram atividade extraveicular em julho. Depois, em agosto, foi a vez de Nie Haisheng e novamente, Liu Boming. Os taikonautas Liu Boming e Tang Hongbo realizaram atividade extraveicular em julho. Depois, em agosto, foi a vez de Nie Haisheng e novamente, Liu Boming. A 1ª tripulação da Tiangong organizou equipamentos e instrumentos da estação. A 1ª tripulação da Tiangong organizou equipamentos e instrumentos da estação. Nie Haisheng, Liu Boming e Tang Hongbo deram uma aula ao vivo para milhões de estudantes chineses da Educação Básica. Nie Haisheng, Liu Boming e Tang Hongbo deram uma aula ao vivo para milhões de estudantes chineses da Educação Básica. Retrorno de Liu Boming, Tang Hongbo e Nie Haisheng, em setembro. Retrorno de Liu Boming, Tang Hongbo e Nie Haisheng, em setembro. Próximas ExpediçõesPróximas Expedições Shenzhou-13: Expedição 02 - 10/2021Shenzhou-13: Expedição 02 - 10/2021
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Via Láctea Astrofotógrafa: Adriane Casteleira 04/09/2021 Ruína da Capela Sagrada Família Mandaguari - PR Via Láctea Astrofotógrafa: Adriane Casteleira 04/09/2021 Ruína da Capela Sagrada Família Mandaguari - PR
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09 Adriane C. Casteleira [email protected] Antes de mais nada, o fato é que tanto a Voyager 1 como a Voyager 2, não deveriam estar funcionando mais. Porém, contra todas as expectativas, por mais de quarenta anos, a mais de 20 bilhões de quilômetros da Terra, elas continuam a seguir seu caminho rumo ao meio interestelar e ainda capazes de enviar informações para a Terra com alguns de seus instrumentos que continuam operacionais. SISTEMA SOLAR O que ainda funciona nas navesO que ainda funciona nas naves VOYAGER 1 e 2VOYAGER 1 e 2 Espaço: a fronteira final. Esta é a viagem das sondas espaciais Voyager 1 e 2 prosseguindo em sua missão de explorar o Sistema Solar externo, há mais de quatro décadas, rumo ao frio e silencioso espaço interestelar, seguindo audaciosamente onde nenhuma outra espaçonave da Terra jamais esteve. As sondas foram lançadas em 1977 com uma missão primária: explorar o Sistema Solar externo e coletar observações diretas de planetas, como Urano e Netuno, levando instrumentos para estudar suas características, até então pouco conhecidas pelos cientistas. Foram as Voyagers, por exemplo, que primeiro observaram os vulcões em Io, satélite de Júpiter, e os geisers da lua Tritão, de Netuno. Para tanto, a trajetória da Voyager 1 foi traçada para seguir rumo à grande lua Titã, de Saturno, curvando seu caminho para fora do plano eclíptico - o plano em que a maioria dos planetas orbita o Sol - e para a Voyager 2, o plano era voar por Saturno em um ponto em que enviaria automaticamente a espaçonave na direção de Urano. A fim de cumprir seu objetivo primário de estudar os planetas gigantes, as sondas contavam com magnetômetros, para estudar a magnetosfera dos planetas, isto é, como as
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10 AstroNova . N.31 . 2021 partículas carregadas pelo vento solar interagem com a atmosfera do planeta; espectrômetros no ultravioleta e infravermelho para compreender a composição química presente nesses objetos; além de, é claro, imageadores em luz visível (a câmera), dentre outras ferramentas de estudo; e ambas levaram consigo, também, um disco de ouro contendo sons e imagens selecionadas para retratar a diversidade da vida e da cultura na Terra em uma “linguagem” que poderia ser descriptografada por qualquer forma de vida inteligente que porventura viesse a encontrá-las num futuro muito distante. Depois de incríveis imagens, como a icônica “Pálido Ponto Azul”, poeticamente descrita no livro de Carl Sagan, com o mesmo nome, no ano de 1989, assim que o sobrevôo por Urano foi finalizado, os engenheiros do programada desligaram as câmeras da Voyager 2 a fim de poupar energia, memória e taxa de dados para seus outros instrumentos que serão usados em sua nova missão: Coletar dados do Vento Solar e do meio interestelar. E, em 1998, a Voyager 1 se tornou o objeto criado pela humanidade mais distante da Terra, ultrapassando a Pioneer 10. Agora, mais de quatro décadas depois de seu lançamento, o ambiente que elas exploram está mais frio e tênue, mas, ainda assim, as Voyagers continuam fazendo medições de uma miscelânea de gás, plasma e partículas de estrelas e regiões gasosas não originadas de nosso sistema. Seus instrumentos, originalmente projetados para medir as propriedades dos planetas gigantes, agora coletam dados sobre os efeitos no espaço, dentro e de fora da nossa heliosfera, fornecendo pistas sobre a natureza meio interestelar à medida que as sondas continuam sua jornada. Atualmente, entre os dez instrumentos que cada uma carrega, estão operantes ainda apenas quatro na Voyager 1 e cinco na Voyager 2. Destes, três são os principais atuantes no estudo de como o espaço dentro da heliosfera difere para o espaço interestelar: o Voyager1 em testes finais.
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Atual localização das sondas Voyager em relação à Heliosfera 11 Magnetômetro, o Cosmic Ray Subsystem e o Plasma Science Instrument (ativo apenas na Voyager 2). Os instrumentos das sondas Voyager 1 e 2 1) Magnetômetro (MAG): Durante a missão planetária das Voyagers, o MAG foi utilizado para investigar as magnetosferas dos planetas e de suas luas, determinando a mecânica e os processos das interações desses campos magnéticos com o vento solar. Depois que a missão terminou, sua função passou a ser estudar o campo magnético da heliosfera e além, observando o alcance magnético do Sol e as mudanças que ocorrem dentro desse alcance durante a atividade solar. Cada Voyager carrega vários magnetômetros interligados distribuídos ao longo de um enorme e delicado braço de 13m de comprimento chamado “Magnetometer Boom”. Para obter esses dados magnéticos, a Voyager faz uma manobra interessante para calibrar: ela gira em torno de si mesma, em um movimento que a permite diferenciar entre o campo magnético da própria espaçonave e os campos magnéticos do espaço. 2) Cosmic Ray Subsystem (CRS): Semelhante ao magnetômetro, o Subsistema de Raios Cósmicos foi projetado para estudar as composições de partículas energéticas nas magnetosferas de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. O CRIS foi usado para estudar as partículas carregadas dentro do Sistema Solar e sua distribuição entre os planetas. Desde que deixou os planetas para trás, no entanto, o CRS tem sido utilizado para estudar as partículas carregadas da heliosfera e, agora, as partículas no meio interestelar. O CRS mede a taxa de contagem, ou quantas partículas detectadas por segundo, usando dois telescópios: o Telescópio de Alta Energia, que mede as partículas de alta energia (70MeV), identificáveis como partículas interestelares, e o Telescópio de Baixa Energia, que mede partículas de baixa energia (5MeV) que se originam no Sol. 3) Plasma Science (PLS): O instrumento Subsistema de Ciência de Plasma foi feito para medir plasma e partículas ionizadas em torno dos planetas externos e para medir a influência do vento solar nesses planetas. O PLS é composto por quatro Status Voyager 1 Voyager 2 ON ON AstroNova . N.31 . 2021 Status Voyager 1 Voyager 2 ON ON
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12 AstroNova . N.31 . 2021 copos de Faraday, um instrumento que mede o plasma conforme ele passa pelos copos e calcula velocidade, direção e densidade do plasma. Como previsto por cientistas e, posteriormente, comprovado pela Voyager 2, o plasma interestelar teria maior densidade, mas menor temperatura e velocidade do que o plasma dentro da heliosfera. O que sugere que o plasma nessa região está ficando mais frio e mais lento e se acumula ao redor da heliopausa e entra no meio interestelar. E agora, graças ao PLS da Voyager 2, temos uma perspectiva nunca antes vista em nossa heliosfera: a velocidade do plasma da Terra à heliopausa. Obs.: Desativado desde 2007 por degradação do desempenho, tendo sido danificado durante a passagem por Saturno 4) Plasma Wave Subsystem (PWS): Dois instrumentos de pesquisa distintos compartilham as duas longas antenas que se estendem em ângulo reto entre si: O Subsistema de Onda de Plasma (PWS) e o instrumento de Radioastronomia Planetária (PRA). O PWS cobre uma faixa de frequência de 10 Hz a 56 kHz para fornecer mensurações do perfil de densidade de elétrons em Júpiter e Saturno e informações básicas da interação onda/partícula local. 5) Planetary Radio Astronomy (PRA): Receptor de frequência de varredura que cobre ambos os estados de polarização: de 20,4 kHz a 1300 kHz e de 2,3 MHz a 40,5 MHz, para estudar os sinais de emissão de rádio de Júpiter e Saturno. O sinal era recebido por um par de antenas monopolo ortogonais de 10m e o estudo desses sinais rendeu dados relativos à física das ressonâncias do plasma magnetosférico e às emissões de rádio não térmicas dessas regiões planetárias. Obs.: Desativado desde 2008, em ambas as sondas, para economia de energia. 6) Low-Energy Charged Particles (LECP): O LCEP é composto por dois subsistemas: o Analisador de Partículas Magnetosféricas de Baixa Energia (LEMPA) e o Telescópio de Partículas de Baixa Energia (LEPT), seu objetivo é procurar e analisar elétrons, prótons, partículas alfa e outros elementos pesados ao redor de planetas e no espaço interplanetário. O LECP foi usado para identificar a Status Voyager 1 Voyager 2 OFF ON Status Voyager 1 Voyager 2 ON ON Status Voyager 1 Voyager 2 OFF OFF
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1313 AstroNova . N.31 . 2021 forma das magnetosferas em torno de Saturno e Urano. 7) Imaging Science Subsystem (ISS): Sistema imageador composto por duas câmeras: grande angular e ângulo estreito, no espectro da luz visível e ultravioleta, para fazer imagens dos planetas e demais objetos do Sistema Solar. Obs.: Desativadas desde 1989 (Voyager 2) e 1990 (Voyager 1). 8) Infrared Interferometer Spectrometer and Radiometer (IRIS): IRIS é, na verdade, três instrumentos distintos. O primeiro, um termômetro capaz de analisar a distribuição energia de calor emanada de um corpo ou substância, permitindo a determinação de sua temperatura; o segundo, um dispositivo é capaz de identificar quais tipos de elementos e compostos estão presentes na atmosfera ou na superfície; e o terceiro, um radiômetros para investigar a quantidade de luz solar refletida em um corpo no comprimento do ultravioleta, visível e infravermelho. Investigou perfis dos planetas e satélites como: equilíbrio energético global e local, composição atmosférica e temperatura, bem como a composição, propriedades térmicas e tamanho das partículas nos anéis de Saturno. Obs.: Desativadas desde 1998 (Voyager 1) e 2007 (Voyager 2) para economia de energia das sondas. 9) Ultraviolet Spectrometer (UVS): O Espectrômetro Ultravioleta foi projetado para medir as propriedades atmosféricas e a radiação na faixa de comprimento de onda de O.O4 a 0,16 micrômetros (400 a 1600 A). No modo airglow, media-se a radiação atmosférica, que era, predominantemente, a radiação solar espalhada por ressonância, onde o espalhamento é por constituintes atmosféricos moleculares ou atômicos, como hidrogênio (1216 A) ou hélio (584 A). No modo de ocultação, a luz do sol era refletida no espectrômetro. À medida que a atmosfera se movia entre a sonda e o sol, Design geral das sondas Voyager. Status Voyager 1 Voyager 2 OFF OFF Status Voyager 1 Voyager 2 ON ON Status Voyager 1 Voyager 2 OFF OFF
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14 AstroNova . N.31 . 2021 as características de absorção da atmosfera eram obtidas na região do comprimento médio de onda. O espectro de absorção foi usado para identificar o absorvedor e também para medir sua abundância na linha de visão do sol. Além disso, a estrutura térmica atmosférica pôde ser inferida. Obs.: Desativadas desde 2016 (Voyager 1) e 1998 (Voyager 2) para economia de energia das sondas. 10) Photopolarimeter Subsystem (PPS): Tratava-se de um telescópio de 8”, f/1.1, capaz de enviar suas observações através de um polarizador e um filtro para uma das oito bandas na região espectral de 2200 a 7300 A, e então para um tubo photomultipler. Por meio do estudo desses dados de intensidade de emissão, informações sobre a textura e composição da superfície de ambos os planetas (Júpiter e Saturno) puderam ser obtidas, juntamente com informações sobre a distribuição de tamanho e composição dos anéis de Saturno e as propriedades de espalhamento atmosférico e densidade para ambos os planetas . As alturas da escala molecular para ambos os planetas também podem ser determinadas a partir desses dados. Obs.: Desativadas desde 1980 (Voyager 1) e 1991 (Voyager 2) devido à degradação da performance. Adriane C. Casteleira, graduada em Letras e profissional da área de comunicação e publicidade. É integrante do Gedal, astro-fotógrafa amadora, administradora das redes sociais da Revista Astronova e chegada numa sondinha espacial. Referências: www.nasa.gov http://ntrs.nasa.gov http://voyager.jpl.nasa.gov https://en.wikipedia.org/wiki/Voyager _program Revista Astronova nº15 Status Voyager 1 Voyager 2 OFF OFF Status Voyager 1 Voyager 2 OFF OFF
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M20 / Nebulosa Trífida (com filtro de banda estreita) Astrofotógrafo: Bruno Bonicontro Julho/2021 Maringá - PR M20 / Nebulosa Trífida (com filtro de banda estreita) Astrofotógrafo: Bruno Bonicontro Julho/2021 Maringá - PR
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Aglomerado poço dos desejos (NGC 3532) Astrofotógrafo: Fernando Oliveira de Menezes Junho/2020 Campos do Jordão - SP Aglomerado poço dos desejos (NGC 3532) Astrofotógrafo: Fernando Oliveira de Menezes Junho/2020 Campos do Jordão - SP
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17 Rafael Cândido Jr. [email protected] No artigo: As forças fundamentais do Universo, da edição anterior (Revista Astronova, nº 30), foi citado que cada uma destas forças apresenta uma partícula mediadora (exceto a gravidade) e que estas forças interagem com determinadas subpartículas que formam a matéria e que são indivisíveis. Neste artigo vamos conhecer quem são estas partículas e como elas estão relacionadas com as forças fundamentais e as divisões do átomo. Porém, antes de prosseguirmos, é importante ressaltar que, quando estudamos as partículas constituintes da matéria torna-se um tanto complicado definir a massa dessas partículas nas unidades convencionais de quilograma (kg), grama (g) ou nanograma (ng). Para isso, utiliza-se a definição de massa a partir da energia. Lembrando a famosa 2 equação de Einstein: E = mc; onde E é a energia, m é a massa e c é a velocidade da luz, tem-se que a massa é 2 dada por m = E/c. Sendo a energia de uma partícula atômica ou subatômica na unidade elétron-volt (eV, onde 1 eV é a energia necessária para deslocar 1 elétron em uma diferença de potencial de 1 volt), a massa é dada pela energia em elétron-volt dividido pelo quadrado da velocidade da 2 luz (c). As unidades MeV (mega elétron-volt) e GeV (giga elétron-volt) designam, respectivamente, um milhão de elétron-volt (1.000.000 eV) e um bilhão de elétron-volt (1.000.000.000 eV). Massas, cargas, giros... cores e sabores Quando estudamos Química, ainda no ensino médio, aprendemos que ao longo da História a ideia de menor porção de matéria foi de uma partícula indivisível (o átomo indivisível de Demócrito de Abdera) aos átomos constituídos de elétrons, prótons e nêutrons FÍSICA DE PARTÍCULAS Modelo Padrão As partículas além do átomo Modelo Padrão As partículas além do átomo
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18 AstroNova . N.31 . 2021 (modelo atômico de Rutherford). Foi a partir do desenvolvimento da Física Nuclear nos anos 1930 que foram propostas partículas constituintes dos prótons e nêutrons, ou seja, estes constituintes do átomo não eram indivisíveis. Para verificar estas propostas, foi construído no final da década de 1960 o Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) que tinha como objetivo estudar a distribuição de carga em um próton. Ao analisar os dados de diferentes experimentos, se comprovou que prótons e nêutrons são formados por partículas que não eram detectadas isoladas e tinham massa, carga elétrica fracionária e número de spin (relacionado ao momento angular, ao ‘giro’ da partícula). A estas partículas, o físico estadunidense Murray Gell- Mann denominou quarks, palavra que tirou do livro Finnegans Wake do escritor irlandês James Joyce. Além das características quânticas citadas, Gell-Mann verificou que haviam mais dois estados quânticos que caracterizam um quark. Para tentar simplificar a compreensão destes estados, um foi denominado carga de cor e outro foi denominado sabor.É importante salientar que apesar dos nomes, cor e sabor, estas características não estão vinculadas à visão e nem ao paladar. Como citava Gell-Mann em suas aulas e palestras, sua preocupação era tornar didático aos seus estudantes algo que era definido por uma equação muito complexa. Desta forma, os quarks apresentam-se com os seguintes sabores: up (u), down (d), charm (c), strange (s), top (t) e bottom (b). E suas cores são vermelho, verde e azul; cores primárias que usamos hoje para construir as cores no computador (sistema RGB – red, green, blue), que tem suas origens nas primeiras fotografias coloridas realizadas pelo físico escocês James Clerk Maxwell e pelo químico russo Sergei Prokudin- Gorsky. Quarks de cores diferentes, mas de mesmo sabor, apresentam os mesmos valores de massa, carga elétrica e de spin. A tabela 1 apresenta estes dados para quarks de diferentes sabores. Murray Gell-Mann (1929 – 2019), prêmio Nobel de Física (1969) pela descoberta dos quarks. Tabela 1. Massa aproximada, carga elétrica e spin para cada sabor de quark (a cor do quark não altera estas grandezas). Ilustração: Renato Candido (Dandara Produções)
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Tabela 2. Massa aproximada, carga elétrica e spin dos léptons. 19 Existem 6 sabores de quarks e para cada sabor, há 3 possibilidades de cores. Portanto, há um total de 18 quarks. Leves, mas não tanto Outros experimentos verificaram que o elétron é uma partícula fundamental, ou seja, é indivisível. Junto ao elétron, outras duas partículas, o múon e o tau, formam o grupo dos léptons. A palavra lépton em grego significa leve e foi dada para se contrapor aos hádrons(partículas pesadas formadas por quarks); entretanto, nem todos os léptons são leves. Tendo como referência a massa do elétron, o múon tem massa 207 vezes maior e o tau tem massa 3477 vezes maior, ou seja, mais pesado que um próton ou um nêutron! Os léptons não interagem com a força forte, apenas com a força gravitacional (pois possuem massa), eletromagnética (pois possuem carga elétrica) e com a força fraca. Como visto no artigo citado da edição anterior, a ação da força fraca está relacionada com a liberação de um elétron ou um pósitron e de um neutrino ou de um antineutrino. Desta forma, o elétron, o múon e o tau apresentam cada um o seu neutrino associado. Os neutrinos não apresentam carga elétrica e são muito mais leves. O neutrino do elétron, por exemplo, tem massa 255 mil vezes menor que a massa do elétron. A massa do neutrino do múon é aproximadamente 560 vezes menor que a massa do múon e a massa do neutrino do tau é cerca de 100 vezes mais leve que a massa do tau. Apesar do múon e do tau terem a mesma carga elétrica e spin do elétron, respectivamente, -1 e ½; como as massas destas partículas são muito maiores que a massa do elétron, elas são instáveis e duram pouco tempo, ocorrendo sua desintegração. O múon dura 2,2 microssegundos (1 segundo dividido em 1 milhão de pedacinhos iguais, o tempo de vida do múon é de apenas dois pedacinhos) e o tau dura ainda menos, aproximadamente 0,3 trilionésimos de segundo! A desintegração do múon gera elétron, um neutrino e um antineutrino. A desintegração do tau é mais diversa. Devido à sua massa é o único lépton que pode desintegrar-se em uma partícula mais pesada, um hádron. Em 18% das vezes o tau desintegra-se formando um elétron e dois neutrinos, 18% das vezes desintegra-se na forma de um múon e dois neutrinos e em 64% das vezes desintegra-se em AstroNova . N.31 . 2021 Ilustração: Renato Candido (Dandara Produções)
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20 hádrons e um neutrino. Estes léptons de pouca estabilidade são formados em colisões de altas energias, como as que envolvem raios cósmicos ou em aceleradores/colisores de partículas. A tabela 2 apresenta massa, carga elétrica e spin dos léptons. As mensageiras das forças No artigo da edição anterior foi citado que as forças fundamentais, exceto a gravidade, apresentam partículas mediadoras, ou seja, partículas que 'transportam' a força, fazendo com que a matéria tenha interação com uma destas quatro forças. Estas partículas mediadoras são denominadas bósons de calibre, bósons de gauge ou bósons vetoriais. O nome bóson foi dado pelo físico britânico Paul Dirac (prêmio Nobel de Física de 1933), em homenagem à contribuição do físico indiano Satyendra Nathan Bose. Como característica fundamental, estas partículas apresentam spin unitário. A massa e a carga elétrica dos bósons variam conforme a força fundamental com a qual estão relacionadas. Os bósons são os fótons (relacionados à força eletromagnética), glúons (relacionados à força forte) e os bósons W e Z (relacionados à força fraca). O fóton é um quantum, menor porção de energia possível, de onda eletromagnética; ou seja, é o menor 'pacote' de uma onda de rádio, micro-onda, infravermelho, luz, ultravioleta, raio-X ou raio gama. Sendo uma onda, não possui massa. A relação entre fótons e elétrons foi explicada pelo trabalho de Einstein sobre o efeito fotoelétrico, o que resultou no prêmio Nobel de Física em 1921. No cotidiano vemos como exemplo dessa interação entre o fóton, um bóson vetorial, e o elétron, um lépton, nos sensores de aproximação que abrem portas automaticamente. O corpo humano emite radiação eletromagnética no infravermelho, que possui uma determinada frequência, a qual consegue remover elétrons de uma determinada liga metálica. Este sinal é intensificado por um circuito eletrônico de modo que torna possível acionar a abertura da porta automática. Os glúons atuam entre quarks e tem esse nome derivado da palavra glue, cola em inglês, pois sua ação foi considerada como uma cola entre quarks formando prótons e nêutrons. Como citado no artigo da edição anterior, os glúons podem ser entendidos como uma mola que une os quarks, evitando que se aproximem ou que se afastem além de uma determinada distância. Assim como os quarks possuem uma carga de cor e podem alterá-la (lembrando sempre que a cor de um quark é uma abstração de um estado quântico, não uma cor conforme nosso senso), os glúons também possuem carga de cor, a qual pode ser alterada. Existem oito tipos de glúons AstroNova . N.31 . 2021 Satyendra Nath Bose (1894 – 1974), homenageado pelo nome bóson.