Nos anos 50 do século XX, a Física de partículas, com a invenção das câmaras de bolhas e de faíscas, descobriu um incrível número de novas partículas. Os investigadores acharam que havia demasiadas partículas pesadas, os hadrões, para poderem ser todas elas fundamentais e começaram a agrupá-las, de acordo com as suas características. Em 1963, Murray Gell-Mann e George Zweig propuseram, com base numa ideia anterior de Shoichi Sakata, que as características visíveis dos hadrões se deviam a uma organização interna explicada pela existência de três "sabores" de partículas subatómicas, a que Gell-Mann chamou quarks, que constituiriam todos os hadrões.
O termo quark, sugerido por Gell-Mann e inspirado no romance Finnegans Wake de James Joyce, foi o que se tornou mais popular, em desfavor da proposta de Zweig de chamar ace a estas partículas. Os dois usaram combinações de quarks e antiquarks com os sabores up, down e strange para descrever os hadrões. Up e down de acordo com o seu isospin e strange porque este quark foi descoberto em partículas de raios cósmicas consideradas de início estranhas, devido ao seu tempo de vida particularmente longo. Mais tarde, o quark charm foi assim denominado pela fascinante simetria que conferiu ao domínio subnuclear e os quarks top e bottom, que tinham sido também designados truth e beauty, caindo depois estes termos em desuso, devem o nome ao facto de serem os parceiros lógicos dos up e down.
A partícula Omega- era composta por três quarks com spins paralelos, o que violava o princípio de exclusão de Pauli, uma vez que os quarks são fermiões. Os quarks precisariam então de um número quântico adicional. Em 1965, Moo-Young Han e Yoichiro Nambu, independentemente e ao mesmo tempo que Oscar Greenberg, propuseram que o barião ++, também composto por três quarks up de spins paralelos, possuísse um grau de liberdade adicional de gauge baseado no grupo SU(3), a que mais tarde se chamou carga de cor. É por esta razão que a teoria que descreve a interacção forte se chama Cromodinâmica Quântica. Han e Nambu afirmaram que o mediador da interacção dos quarks era um octeto de bosões de gauge que denominaram gluões.
Segundo a Cromodinâmica Quântica, os quarks podem ser verdes, vermelhos ou azuis e os antiquarks possuem uma anticor análoga - a cor complementar à do respectivo quark. Essas cores são apenas uma forma de designação não estando associadas a verdadeiras cores. Para se formar um hadrão é necessário obter o branco, ou seja, uma partícula neutra constituída por um quark e um antiquark, um mesão, ou constituída por três quarks ou antiquarks de cores diferentes, que formam um barião ou antibarião.
Gell-Mann acreditava que os quarks eram uma construção matemática e não partículas reais, uma vez que não se conseguiram detectar quarks livres e seria de esperar que partículas elementares pudessem ser isoladas e separadas e, portanto, acreditava que a teoria quântica de campos não os conseguiria descrever adequadamente. Além disso, a teoria da matriz S, que era a utilizada, previa que o espaço-tempo se rompia se os quarks estivessem localizados. Richard Feynman, por outro lado, acreditava que os quarks, aos quais chamou partões por serem as partes dos hadrões, fossem objectos elementares numa teoria de campos, possuindo trajectórias e distribuições de momento linear e posição como quaisquer outras partículas e podendo ser descritos pela teoria quântica de campos. James Bjorken referiu que partões pontuais implicariam a existência dispersão inelástica profunda na colisão de electrões e protões. Este fenómeno foi confirmado nas experiências do Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) em 1969, o que levou os físicos a abandonar definitivamente a teoria da matriz S.
David Gross, David Politzer e Frank Wilczek descobriram que a interacção forte tinha a propriedade da "liberdade assimptótica", o que permitiu previsões precisas para os resultados de experiências de altas energias usando QCD num quadro perturbativo. O primeiro artigo sobre este tema, que foi publicado em 1973, valeu-lhes o Prémio Nobel da Física de 2004. À medida que as experiências se tornaram mais precisas, foram encontradas cada vez mais evidências da Cromodinâmica Quântica, como o gluão, num evento de três jactos, no Positron-Electron Tandem Ring Accelerator (PETRA), em 1979, e, finalmente, a verificação da teoria perturbativa da QCD no Large Electron-Positron Collider (LEP). Há, no entanto, alguns pontos por explicar nesta teoria, como a prova de que os quarks estão confinados aos hadrões e a investigação das fases da matéria de quarks-gluões, como o plasma de quarks-gluões. Esta teoria, que é uma parte essencial do Modelo Padrão, tem muitos resultados a seu favor. No limite das altas energias interagindo pouco os quarks e os gluões, a liberdade assimptótica é a propriedade que se destaca, enquanto a longas distâncias é o confinamento que importa, sendo necessário fornecer uma energia infinita para separar os quarks.
Natacha Violante Gomes Leite
Referências:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cromodinâmica_quântica
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_chromodynamics
http://en.wikipedia.org/wiki/Quark
http://en.wikipedia.org/wiki/S-matrix_theory
http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_inelastic_scattering
http://en.wikipedia.org/wiki/Eightfold_way_(physics)
http://en.wikipedia.org/wiki/Perturbative_QCD
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