Como são as forças dentro de um próton? Físicos mapeiam o interior de um próton em detalhes
Pela primeira vez, físicos conseguem mapear com detalhes as interações que ocorrem dentro de um próton
As interações fundamentais da natureza, também conhecidas como forças fundamentais, são 4 interações que governam o comportamento da matéria. As 4 interações são gravitacional, eletromagnética, nuclear forte e a nuclear fraca. Cada uma dessas forças tem um domínio em certa escala e desempenha um papel em processos físicos que vão desde formação de galáxias até fenômenos atômicos.
Dentro do átomo, as interações que possuem um papel maior são as interações eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca. Enquanto a eletromagnética mantém os elétrons ao redor do núcleo, a interação forte é responsável por manter os prótons e nêutrons unidos no núcleo. Como os prótons deveriam se repelir, é a força nuclear forte que supera essa repulsão e faz com que o núcleo se mantenha estável.
Um novo estudo da Universidade de Adelaide mostrou como a interação forte age em um próton. Utilizando simulações que se baseia numa técnica chamada de cromodinâmica quântica em rede, os pesquisadores conseguiram mapear como a força forte é distribuída no interior do próton. Essa é a primeira vez que um mapa da interação forte é feito em detalhes.
Núcleo do Átomo
Um átomo é composto por partículas como elétrons, prótons e nêutrons. Enquanto os elétrons ficam orbitando o núcleo, o núcleo do átomo é composto por prótons e nêutrons. Tanto os prótons quanto os nêutrons são compostos por partículas ainda menores chamadas de quarks. Eles são formados por três quarks cada um com a mudança apenas no quark que compõe o trio.
Os quarks interagem entre os prótons e nêutrons por causa da interação forte que é mediada pelo glúon. É possível estudar o interior do átomo e até mesmo a distribuição dos prótons através de aceleradores de partículas, como o LHC. Até mesmo informações detalhadas sobre os quarks é possível obter em experimentos nos aceleradores que mapeiam as interações.
Interação Forte
Uma das interações que é estudada dentro desses aceleradores é a interação forte que mantém os quarks unidos dentro dos prótons e nêutrons. Com isso, a interação forte também mantém o núcleo estável superando a repulsão causada pela interação eletromagnética. A interação é mediada pelos glúons, que carregam a chamada carga de cor e interagem com os quarks.
Curiosamente, a interação forte se intensifica à medida que os quarks se afastam. Semelhante a um elástico sendo puxado onde quanto mais puxa, mais resistência é encontrada. Essa propriedade da interação forte impede que os quarks sejam separados individualmente, isso é conhecido como confinamento dos quarks. A interação forte também é responsável pela liberação de energia em reações nucleares.
Observando o próton
Recentemente, em um artigo publicado na Physical Review Letters, físicos utilizaram uma técnica computacional chamada de cromodinâmica quântica em rede para mapear as interações dentro do próton. Essa técnica permite simular e compreender a interação forte, principalmente em como ela é distribuída internamente.
A cromodinâmica quântica em rede é uma técnica que divide o espaço e o tempo em uma grade fina. Dessa forma é possível analisar como a força nuclear forte varia em diferentes regiões do próton. Com isso é possível estudar a estrutura interna das partículas subatômicas, principalmente os nêutrons, prótons e suas componentes, os quarks.
Força de 10 elefantes em 1 átomo!
Nesse artigo, os pesquisadores conseguiram mapear a intensidade da interação forte em escalas subatômicas. Eles encontraram que a intensidade é extremamente alta dentro do próton com valores chegando a meio milhão de Newtons. Segundo os pesquisadores, a intensidade equivale à massa de 10 elefantes comprimidos em um espaço menor que um núcleo atômico.
O mapa é o mais detalhado já feito até então. A ideia é utilizar o mapa das forças internas dos átomos para compreender a dinâmica do núcleo. Principalmente para estudar como essas partículas se comportam e como podem ser aplicadas em diversas áreas, como a Medicina, por exemplo.
Referência da notícia
Crawford et al. 2025 Transverse Force Distributions in the Proton from Lattice QCD Physical Review Letters