A composição atual da matéria

Folha de São Paulo
MARCELO GLEISER 

As partículas conhecidas hoje são combinações de doze partes; seriam elas o menor pedaço da matéria? 

Os filósofos da Grécia Antiga foram os primeiros a refletir sobre a composição da matéria. Com incrível presciência, sugeriram que todas as formas de matéria são constituídas de pequenos tijolos indestrutíveis, que chamaram de átomos. 

Em grego, a palavra "átomo" significa "o que não pode ser cortado". Como os átomos eram supostamente eternos, constituíam a essência do ser. Das suas miríades combinações todas as formas da natureza emergiam, incluindo as transformações que vemos ocorrer no mundo e em nós mesmos. Com isso, os atomistas conseguiram unificar o ser e o devir, ou seja, as coisas que são e as coisas que se transformam. 

Mesmo que o conceito moderno de átomos seja bem diferente do dos gregos de 24 séculos atrás, até hoje consideramos que a matéria seja composta por partículas minúsculas. Essa é a física de altas energias ou das partículas elementares, que busca justamente pelos menores pedaços de matéria. 

Tudo começou com o inglês J. J. Thomson, em 1897. Em um experimento genial, Thomson demonstrou pela primeira vez que o átomo era divisível e que um de seus componentes era uma partícula cerca de 2.000 vezes mais leve do que a mais leve da época, o íon de hidrogênio. (O hidrogênio é o elemento mais simples e leve que existe. Seu átomo tem apenas um próton no núcleo, circundado por um elétron. O íon é o átomo menos o elétron o que, nesse caso, significa um próton). 

No século 20, a maior sofisticação dos experimentos levou à descoberta de centenas de partículas. Numa expressão clara da famosa equação de Einstein, E=mc2, quanto maior a energia das partículas nos experimentos de colisão entre elas, mais tipos de partículas podem ser criadas, com massas maiores. 

Essas transmutações materiais são controladas por uma série de "leis de conservação" que expressam a constância de uma grandeza durante uma colisão entre partículas. Por exemplo, a energia total e a carga elétrica total antes e depois de uma colisão é a mesma. Essas leis são a expressão do ser na física moderna, enquanto que as transmutações são a expressão do devir. 

Após muito esforço, nos anos 80 os físicos obtiveram um modelo capaz de descrever toda a matéria que vemos no Universo: o chamado Modelo Padrão. Nele, fica claro que as centenas de partículas descobertas até então são combinações de apenas doze. Esse grupo, com seis quar-ks (dois deles aparecem no próton e no nêutron) e seis léptons (o elétron e seu neutrino são dois deles), constitui as partículas elementares. 

Será que essas doze partículas são os menores pedaços de matéria? Ou será que essas doze são compostas por partículas ainda mais simples? Não temos indicação experimental de que existe esse outro nível. Por outro lado, o modelo padrão deixa em aberto muitas questões e é praticamente certo que novas partículas serão descobertas no futuro. Por exemplo, não conhecemos a composição da matéria escura, seis vezes mais abundante do que a matéria comum. 

Talvez o mais prudente seja chamar as partículas elementares de hoje como nossa versão atual da composição da matéria, certos de que a receita mudará no futuro. Questões científicas que buscam respostas finais são irrespondíveis. 

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA), e autor de "Criação Imperfeita". Facebook:goo.gl/93dHI