Hádrons, bósons e o Big Bang

Hádrons
Estas partículas são combinações de quarks, eles têm massa e residem no núcleo. Os dois exemplos mais comuns de hádrons são prótons e nêutrons, e cada um é uma combinação de três quarks:

• próton = 2 quarks up + 1 quark down [+1 carga de próton = (+2/3) + (+2/3) + (-1/3)]
• nêutron = 2 quarks down + 1 quark up [0 carga de nêutron = (-1/3) + (-1/3) + (+2/3)]

Bósons
Considera-se que estas partículas mudem quando as interações acontecem. Uma interação é definida como um impulso ou puxão. Mas isso não nos diz o que é realmente ou como é mediada. Richard Feynman sugeriu que as interações ocorrem quando duas partículas trocam um bóson, ou partícula de calibre. Pense em duas pessoas de patins: se uma pessoa joga uma bola e a outra pega, elas estão sendo empurradas em sentidos opostos. Nesta analogia, os patinadores são as partículas fundamentais, a bola transportadora da força e a repulsão é a força. No caso das partículas, vemos a força que é o efeito, mas não a troca.

Há quatro bósons conhecidos:

• glúon - mediador da interação forte, mas apenas opera sobre distâncias de 10^-13 cm;
• W e Z - mediador da interação fraca (1/10.000 da interação forte), mas apenas opera sobre distâncias de 10^-15 cm;
• fóton - mediador de interação eletromagnética (1/137 da interação forte) e opera sobre uma distância infinita;

Uma quinta partícula de calibre (gráviton) tem sido proposta, mas ainda não foi encontrada. O gráviton é considerado como mediador da gravidade, que é 10^-39 da interação forte e opera sobre uma distância infinita.

Historicamente, James Clerk Maxwell unificou a eletricidade e o magnetismo no século XIX. Como os físicos haviam construído aceleradores mais poderosos com temperaturas e energias mais altas, eles perceberam que certas interações vinham juntas, ou unificadas. As experiências com aceleradores de partículas mostraram que a interação eletromagnética e a interação fraca podem ser agrupadas na interação eletrofraca. Muitos físicos acreditam que todas as forças eram provenientes de uma única força existente há muito tempo. As teorias que tentam unificar as forçassão chamadas de teorias unificadas ou grandes teorias unificadas (GTU). Espera-se que as GTUs nos digam que o universo possa ter sido assim em seus primórdios. Pelo fato das experiências com os aceleradores simularem (o que é considerado como sendo) as condições que existiam frações de segundo depois do Big Bang, elas podem providenciar evidências para apoiar ou contradizer várias GTUs.

De acordo com a teoria do Big Bang:

• antes do Big Bang, o universo era extremamente quente e pequeno e a matéria existia apenas como quarks livres;
• uma vez que a explosão aconteceu:
  • uma rápida inchação ocorreu e o universo esfriou;
  • os quarks se combinaram em hádrons;
  • as interações se separaram;
  • a matéria (átomos) se formou;
  • matéria condensada em galáxias, estrelas, etc

Aumentando mais e mais os aceleradores de partículas, os físicos podem simular as condições que existiam dentro de 10^-43 segundos do Big Bang!