A menor partícula pesa bem menos que um elétron.

Qual é a menor partícula do universo? Crédito da imagem: Shutterstock

Leia também:

• Quantos átomos existem no universo observável?
• Cinturões de Van Allen: fatos e descobertas
• Veja algumas evidências de como sabemos que o big bang aconteceu
• Energia fantasma e gravidade escura: explicando o lado escuro do universo

O universo é um lugar grande, mas é feito de pequenos pedaços. A tabela periódica inclui elementos como oxigênio, carbono e outros blocos de construção que constituem estrelas, gatos ou xícaras de café. Mas, desde a virada do século 20, os cientistas têm pensado e encontrado partículas fundamentais cada vez menores, aquelas mais minúsculas do que os átomos que preenchem o universo. Então, qual dessas partículas fundamentais é a menor? E, inversamente, qual é a maior?

Don Lincoln, um cientista sênior do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), perto de Chicago, é um dos cientistas que está tentando responder a essa pergunta. No Fermilab, os cientistas usam um acelerador de partículas para esmagar partículas individuais e olhar para os detritos, ou possíveis novas partículas fundamentais, que saem. Lincoln disse que há duas maneiras de medir o tamanho das partículas: investigando sua massa e medindo seu tamanho físico, como calcular o diâmetro de uma bola.

Em termos de massa, essas perguntas são relativamente simples de responder. A menor partícula de massa diferente de zero que conhecemos é o neutrino, disse Lincoln. Ele ressaltou, no entanto, não temos a medida exata da massa de um neutrino porque os instrumentos usados para calcular a massa das partículas fundamentais não são sensíveis o suficiente.

"Um neutrino é uma partícula, uma espécie de fantasma do mundo subatômico", disse Lincoln. Os neutrinos interagem muito fracamente com a matéria e são a segunda partícula mais abundante depois dos fótons (que se comportam mais como ondas do que como partículas reais). Na verdade, existem trilhões de neutrinos passando por você neste exato segundo. Os neutrinos não pesam quase nada e viajam perto da velocidade da luz.

Um núcleo atômico é composto de nêutrons, prótons e elétrons. Prótons e nêutrons têm cerca de um décimo do tamanho do núcleo como um todo, disse Lincoln. Um elétron tem massa próxima de zero, mas na verdade pesa 500.000 vezes mais do que um neutrino (novamente, cuja medição exata é impossível de fazer neste ponto).

O tamanho das partículas pode ser medido investigando sua massa ou tamanho físico. Crédito da imagem: Shutterstock

Os físicos usam elétron-volts (eV) para medir a massa das partículas subatômicas, disse Lincoln. Tecnicamente, a unidade é eV/c², em que c é a velocidade da luz. Um elétron volt é equivalente a cerca de 1,6x10^-19 joules. Para simplificar as coisas, os físicos usam um conjunto de unidades em que a velocidade da luz é 1. Para descobrir a massa de uma partícula subatômica, então, você usaria a famosa equação de Albert Einstein E=mc² para obter a massa (m) em quilogramas.

Um elétron pesa 511.000 elétron-volts, o que equivale a 9,11x10^-31 quilogramas, de acordo com Lincoln. Para efeito de comparação, um próton típico no núcleo de um átomo típico pesa 938 milhões de elétron-volts, ou 1,67×10^-27 kg, disse ele.

Por outro lado, a maior partícula fundamental (em termos de massa) que conhecemos é uma partícula chamada quark top, medindo impressionantes 172,5 bilhões de elétron-volts, de acordo com Lincoln. Quarks são outra partícula fundamental que, pelo que sabemos, não pode ser dividida em mais partes. Os cientistas descobriram seis tipos de quarks: up, down, strange, charm, bottom and top. Os quarks up e down constituem prótons e nêutrons e pesam 3 milhões e 5 milhões de elétron-volts, respectivamente. Em comparação, o quark top pesa 57.500 vezes mais do que o quark up.

A questão do tamanho físico é mais difícil de responder. Conhecemos o tamanho físico de algumas partículas, mas não das menores. Algumas partículas "minúsculas" de que as pessoas ouvem falar na vida diária, como as partículas de vírus, são na verdade muito grandes.

Lincoln ofereceu este sentido de escala: uma partícula de vírus típica tem cerca de 250 a 400 nanômetros de comprimento (um nanômetro tem um bilionésimo de metro, ou 10⁹ m), e o núcleo atômico típico mede cerca de 10^-14 m (0,00000000000001 m). Isso significa que um núcleo atômico é tão pequeno para um vírus quanto um vírus é para nós. 

Atualmente, o menor tamanho físico que os cientistas podem medir com um acelerador de partículas é 2.000 vezes menor que um próton, ou 5x10^-20 m. Até agora, os cientistas conseguiram determinar que os quarks são menores do que isso, mas por quanto.

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência: 

WENDEL, JoAnna. What is the smallest particle in the universe? (What about the largest?). Live Science, 17, jul. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/largest-smallest-particles-on-record.html>. Acesso em: 20, jul. 2021.