O Mundo subatômico e suas bizzarrices!
Qual é a pressão dentro de um próton?
O que encontraríamos se encolhêssemos em níveis sub atômicos?
Se você embarcar no Magic School Bus e começar a encolher - menor do que uma formiga ou uma ameba ou uma única célula, e continuar encolhendo até que os átomos individuais fossem tão grandes quanto mundos inteiros, e até mesmo suas partículas constituintes se elevassem sobre você - você Entre em um mundo borbulhando com enormes pressões conflitantes.
Qual é a pressão dentro de um próton?
O que encontraríamos se encolhêssemos em níveis sub atômicos?
Se você embarcar no Magic School Bus e começar a encolher - menor do que uma formiga ou uma ameba ou uma única célula, e continuar encolhendo até que os átomos individuais fossem tão grandes quanto mundos inteiros, e até mesmo suas partículas constituintes se elevassem sobre você - você Entre em um mundo borbulhando com enormes pressões conflitantes.
No centro de um próton, uma pressão maior do que a encontrada dentro de uma estrela de nêutrons lançaria você para a borda da partícula. Mas nos limites externos do próton, uma força igual e oposta o empurraria para o centro do próton. Ao longo do caminho, você será atingido por forças de cisalhamento que se movem para os lados e excedem em muito qualquer coisa que qualquer pessoa venha a experimentar em sua vida.
Um novo artigo, publicado em 22 de fevereiro na revista Physical Review Letters , oferece a mais completa descrição das pressões concorrentes dentro de um próton, não apenas em termos de seus quarks - as partículas que dão massa a um próton - mas também seus glúons . as partículas sem massa que unem esses quarks.
Este estado quântico borbulhante e fervente
Descrições simples de prótons envolvem apenas três quarks reunidos por um grupo de glúons. Mas essas descrições são incompletas, disse o coautor do estudo Phiala Shanahan, físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
"O próton é composto de um monte de glúons e, na verdade, um monte de quarks", disse Shanahan à Live Science. "Não apenas três. Há três quarks principais e, em seguida, qualquer número de pares de antiquark-quark que aparecem e desaparecem ... e são todas as interações complicadas desse estado quântico borbulhante e fervente que geram a pressão."
Shanahan e o coautor William Detmold, que também é físico no MIT, descobriram que os glúons produzem cerca de duas vezes mais pressão do que os quarks dentro de um próton, e que essa pressão é distribuída por uma área maior do que a anteriormente conhecida. Eles descobriram que a pressão total de um próton atinge seu pico em 100 decilhões (ou 1 com 35 zeros depois dele) pascal - ou cerca de 260 sextilhões (ou 26 com 22 zeros depois) vezes a pressão no centro da Terra.
Criticamente, essa pressão aponta em duas direções diferentes.
"Há uma região de pressão positiva [externa] para que também haja uma região de pressão negativa [para dentro]", disse ela. "Se houvesse apenas uma região de pressão positiva, o próton continuaria a se expandir e não seria estável".
Um cálculo muito grande
Mas, por maiores que sejam essas pressões, não há como os cientistas medi-las diretamente na maioria das circunstâncias. Para sondar o interior dos prótons, os cientistas os bombardeiam com elétrons ainda menores em energias muito altas. No processo, eles mudam os prótons. Nenhum experimento conhecido pode revelar como é dentro de um próton com as baixas energias que normalmente experimentam.
Assim, os cientistas confiam na teoria da Cromodinâmica Quântica (QCD) - que descreve quarks e a força forte - levando glúons que os unem. Os cientistas sabem que a QCD funciona porque os experimentos de alta energia confirmam suas previsões, disse Detmold. Mas em baixas energias, eles precisam confiar em matemática e cálculos.
Infelizmente [QCD] é muito difícil estudar analiticamente, escrevendo equações com caneta e papel", disse Shanahan.
Em vez disso, os pesquisadores recorrem a supercomputadores que conectam milhares de núcleos de processadores para resolver equações complicadas.
Mesmo com dois supercomputadores trabalhando juntos, os cálculos demoraram cerca de um ano, disse ela.
Shanahan e Detmold dividiram o próton em suas diferentes dimensões ( três para o espaço e um para o tempo) para simplificar o problema que os supercomputadores tinham que resolver.
Em vez de um único número, o mapa de pressão resultante seria parecido com um campo de setas, todos de tamanhos diferentes e apontando em direções diferentes.
Então a resposta para a pergunta: "Qual é a pressão dentro de um próton?" depende muito de que parte do próton você está perguntando.
Também depende do raio do próton . Se os prótons são sacos de glúons e quarks, esses sacos crescem e encolhem dependendo das outras partículas que atuam sobre eles. Então os resultados de Shanahan e Detmold não se resumem a um único número.
Mas agora nossos mapas dos extremos de todos esses mundos minúsculos e ferventes dentro de nós são muito mais vívidos.
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