Os léptons

Quando se fala em partículas subatômicas, logo nos vêm à mente os prótons, os nêutrons e os elétrons. No entanto, atualmente, sabe-se que essas não são as únicas partículas que compõem a estrutura de um átomo. Na verdade, ele é formado por inúmeras outras partículas que foram divididas em três classes: os léptons, os quarks e os bósons.

Nesse artigo, consideraremos quais são as partículas subatômicas que se enquadram entre os léptons, que são as que estão em verde na imagem acima.  

A palavra “léptons” vem do grego “leve”, pois são as partículas subatômicas que não sofrem influência da força nuclear forte que mantém os prótons e os nêutrons unidos, participam somente das interações eletromagnéticas e fracas. Essas partículas não ficam no núcleo do átomo e podem viajar por conta própria.

Até o momento são conhecidos seis léptons, sendo que o mais famoso é o elétron (e^-). Outros dois léptons menos conhecidos e que também possuem carga negativa (-1), como o elétron, são o tau (τ^-) e o muon (μ^-). As outras três partículas são o neutrino do elétron (ν_e), o neutrino do tau (ν_τ) e o neutrino do muon (ν_μ).

Esses neutrinos não possuem carga elétrica, daí a origem do seu nome, que foi sugerido por Enrico Fermi, que significa “partículas eletricamente neutras”, como o nêutron, mas com a diferença de serem mais leves. O sufixo “ino” significa “piccolo neutron”, ou seja, “um pequeno nêutron”. Eles possuem massa muito pequena, mas não nula.

O neutrino foi descoberto em 1956, apesar de sua existência ter sido proposta em 1930, por Wolfgang Pauli. Os neutrinos são capazes de atravessar inúmeros objetos, incluindo nosso corpo e até planetas inteiros sem interagir com nenhuma partícula.

Entre os neutrinos citados, os do elétron são os que estão mais presentes em nosso cotidiano, pois eles vêm do sol, atravessando a atmosfera. Além disso, cerca de 600 trilhões de neutrinos atravessam o nosso corpo a cada segundo. Devido a essa capacidade, eles são chamados de “partículas-fantasma”.

Os neutrinos estão associados às reações nucleares, como a fusão e a fissão de elementos e partículas. O momento em que mais neutrinos são produzidos é quando as estrelas morrem, em explosões de supernovas. Esses neutrinos carregam a maior parte da energia gerada na explosão e viajam pelo espaço numa velocidade próxima à da luz.

Podemos agrupar os seis léptons em três pares relacionados com as suas interações fracas: o elétron (e-) e seu neutrino associado (ν_e), o muon (μ) e seu neutrino (ν_μ) e o tau (τ) e seu neutrino (ν_τ):

Os léptons são considerados partículas elementares da matéria, pois até o momento eles não podem ser divididos em partículas menores. Pelo menos é o que se sabe até as dimensões mais extremas exploradas atualmente, que são cerca de 10^-18 metros.

Cada um dos seis léptons citados possui uma antipartícula, que são partículas com as mesmas características, porém de sinal contrário. A antipartícula do elétron é o pósitron (e^-), que foi prevista em 1928 pelo físico inglês Paul Dirac (1902-1984) e descoberta em 1932 pelo físico norte-americano Carl David Anderson (1905-1991). Devido a essa descoberta, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1936.

O muon e o tau também possuem antipartículas, que são, respectivamente, o antimuon (μ⁺) e o antitau (τ⁺). Os neutrinos são exatamente iguais às suas antipartículas, porque não possuem carga elétrica. Para diferenciá-los na representação, basta colocar um traço em cima do símbolo, quando estiver se referindo à antipartícula.

Um aspecto interessante sobre os léptons é que eles podem decair e transmutar-se em outros léptons. O muon e o tau são instáveis, e este último se desintegra espontaneamente em partículas que apresentam uma estrutura, isto é, uma partícula sem estrutura pode gerar uma partícula com estrutura, ou uma partícula elementar pode gerar uma partícula não elementar.