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Como a morte de uma partícula pode desencadear o fim do universo

Até hoje, ninguém conseguiu observar um próton decaindo, o que pode ser um desapontamento profissional para os físicos, mas uma boa notícia para o universo.

Por que, se o decaimento de prótons for possível, quando isso acontecer, será o fim de tudo.

Mas como é que um próton pode decair? Um próton não é uma partícula elementar; ele é feito de quarks. Os quarks são, junto com os léptons, as partículas mais básicas que conhecemos.

Os quarks estão sujeitos à força nuclear forte, que mantém seu núcleo unido. Cada quark tem um número bariônico de 1/3. Os bárions mais famosos são os prótons e os nêutrons, que tem três quarks cada um, resultando em um número bariônico total igual a 1 (antiprótons tem um número bariônico negativo).

Como as cargas dos quarks dos prótons e dos nêutrons é um pouco diferente, as partículas têm carga diferente, e têm também massa diferente. O nêutron tem um pouco mais de massa, o que significa que ele pode estar envolvido em outra parte fundamental da matéria no universo.

Léptons são diferentes dos quarks, e aparecem na forma de elétrons, neutrinos, antineutrinos e antielétrons. Nenhum deles é afetado pela força forte: eles têm números leptônicos e suas antipartículas têm número leptônico negativo.

Os números leptônico e bariônico parecem não ter nenhuma importância, até que você se dá conta que não se sabe de nenhuma reação no universo que mude o número bariônico total ou o número leptônico total de uma partícula.

Em outras palavras, há uma lei da conservação do número bariônico e número leptônico, semelhante à lei da conservação da massa e energia. Uma mudança súbita no número leptônico seria o equivalente a uma maçã desaparecendo no nada, ou um disparo de energia vindo de lugar nenhum.

Essa lei da conservação do número leptônico e bariônico fez com que um fenômeno deixasse os cientistas confusos: o decaimento do nêutron. Quando um nêutron decai, ele se torna um próton e emite um elétron. Como um próton é positivo e o elétron é negativo, a carga se conserva, mas o número leptônico muda completamente.

Mais tarde, os cientistas perceberam que este decaimento envolvia a emissão de um antineutrino, ou, mais especificamente, um neutrino antielétron, que é um neutrino associado às interações que envolvem elétrons. O elétron tem um número leptônico +1, e o neutrino antielétron, -1, então o número leptônico era conservado, e também a massa e a carga.

Este decaimento envolvia apenas a força fraca, o que significa que a força nuclear forte não estava interagindo com os léptons, e tudo estava bem e certo na física novamente.

Os prótons, por sua vez, são bárions mais leves, e não podem emitir nada, a menos que seus quarks se dissolvam em partículas menores. Porém, isso iria diminuir bárions e acrescentar léptons do nada. A conclusão dos físicos era que tal coisa não poderia acontecer.

Então surgiu a Grande Teoria Unificada: uma teoria ainda incompleta que diz que todas as forças podem chegar a um certo nível de equivalência, que pode ser explicada com uma ideia unificante e quantificável.

O problema é que se a força forte e a fraca são equivalentes, então léptons e bárions são equivalentes também. Seria como a descoberta de Einstein que E=mc², que massa e energia são equivalentes, e uma pode ser derivada da outra.

Repentinamente, uma maçã pode desaparecer, e disparos súbitos de energia podem aparecer do nada. Na Grande Teoria Unificada, bárions podem ser convertidos em léptons, e o número bariônico e o número leptônico não são mais conservados.

Isto também significa que os prótons podem decair em pósitrons e píons.

A partir dessa suposição, os cientistas calcularam a vida dos prótons até todos decaiam, de 10^25 (1,0 × 10 elevado a 25) a 10^33 (1,0 x 10 elevado a 33) anos.

Em 10^30 anos, as estrelas do universo já terão se afastado para longe das vistas uma da outra, e queimado até ficarem escuras. A energia é o que organiza os átomos – energia gravitacional que une as partículas e forma estrelas e planetas, energia solar que aquece os planetas e lhes dá uma chance.

Mas a energia que se verá nestes dias serão os disparos intensos de energia resultantes de porções de matéria sendo devoradas por buracos negros. Nessa época, essa pode ser a única forma de obter energia no nosso universo. Só que não vai funcionar, por que a própria matéria vai simplesmente se dissolver.

Uma vez que os bárions sejam reduzidos a léptons, não há jeito de fazer o caminho inverso, pelo menos não sem usar montanhas de energia. Como não teremos essa energia, o decaimento dos prótons significa que qualquer civilização que conseguir durar até lá vai literalmente se dissolver, já que até o hidrogênio vai se dissolver em partículas menores.



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Interessante, em 11/12/2012 às 09:07 por Juliane






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