{"id":186,"date":"2026-02-01T09:00:16","date_gmt":"2026-02-01T12:00:16","guid":{"rendered":"https:\/\/inct-fna.if.uff.br\/408419-2024-5\/?page_id=186"},"modified":"2026-03-03T08:28:42","modified_gmt":"2026-03-03T11:28:42","slug":"interacoes_de_hadrons_e_plasma_de_quarks_e_gluons","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/inct-fna.if.uff.br\/408419-2024-5\/interacoes_de_hadrons_e_plasma_de_quarks_e_gluons\/","title":{"rendered":"Intera\u00e7\u00f5es de H\u00e1drons e Plasma de Quarks e Gl\u00faons"},"content":{"rendered":"
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\u201cH\u00e1dron<\/u><\/span><\/a>\u201d \u00e9 o nome gen\u00e9rico de part\u00edculas elementares que interagem pela for\u00e7a forte, como pr\u00f3tons e n\u00eautrons (conjuntamente chamadas de nucleons, pois s\u00e3o as part\u00edculas que comp\u00f5em n\u00facleos at\u00f4micos). H\u00e1drons dividem-se em dois tipos: b\u00e1rions<\/u><\/span><\/a> e m\u00e9sons<\/u><\/span><\/a>. Pr\u00f3tons e n\u00eautrons s\u00e3o exemplos de b\u00e1rions, enquanto o exemplo mais conhecido de m\u00e9son \u00e9 o p\u00edon ou m\u00e9son pi.<\/p>\n

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H. Yukawa e C.M.G. Lattes em Princeton nos anos `50.<\/i><\/p>\n

O m\u00e9son pi foi introduzido pelo f\u00edsico japon\u00eas H. Yukawa<\/u><\/span><\/a> em 1935 como o campo respons\u00e1vel pela for\u00e7a nuclear entre nucleons, em analogia com o papel exercido pelos f\u00f3tons na intera\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica. Posteriormente, em 1947, o f\u00edsico brasileiro C. M. G. Lattes<\/u><\/span><\/a> conseguiu detectar pela primeira vez os m\u00e9sons pi produzidos tanto por raios c\u00f3smicos, em um laborat\u00f3rio em Chacaltaya, como no acelerador Bevatron<\/u><\/span><\/a>, em Berkeley1)<\/sup>.<\/p>\n

No in\u00edcio da d\u00e9cada de 1950, aceleradores de part\u00edculas e detectores modernos abriram o caminho para a descoberta de v\u00e1rias esp\u00e9cies novas de part\u00edculas elementares, a grande maioria destas sendo h\u00e1drons. Hoje j\u00e1 conhecemos a exist\u00eancia de milhares de b\u00e1rions<\/u><\/span><\/a> e m\u00e9sons<\/u><\/span><\/a> e de novas cargas conservadas associadas \u00e0s rea\u00e7\u00f5es nucleares, tais como estranheza, charme, etc. (hoje tais cargas s\u00e3o chamadas de \u201csabores<\/a><\/u><\/span>\u201d). A exist\u00eancia de milhares de h\u00e1drons indica que estas part\u00edculas n\u00e3o parecem ser elementares, mas devem ser sistemas compostos de objetos mais fundamentais.<\/p>\n

Hoje, sabemos que a teoria fundamental que descreve as intera\u00e7\u00f5es fortes ou nucleares \u00e9 a <\/span>Cromodin\u00e2mica Qu\u00e2ntica<\/a><\/u><\/span> (QCD), que comp\u00f5e um setor do Modelo Padr\u00e3o de part\u00edculas elementares. <\/span>Na QCD, os graus de liberdades fundamentais s\u00e3o chamados de quarks e gl\u00faons, nomes propostos2)<\/sup> originalmente por M. Gell-Mann<\/a><\/u><\/span> na d\u00e9cada de \u201960. Quarks s\u00e3o f\u00e9rmions e gl\u00faons s\u00e3o b\u00f3sons. Em uma analogia com a intera\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica, quarks corresponderiam \u00e0s part\u00edculas carregadas e gl\u00faons aos f\u00f3tons. Mas, diferentemente do eletromagnetismo, existem tr\u00eas tipos de \u201ccargas\u201d relacionada \u00e0 intera\u00e7\u00e3o nuclear, chamadas de vermelho, verde e azul. Atualmente, foram detectados 6 tipos ou sabores de quarks: up, down, strange, charm, bottom e top. No contexto da QCD, os b\u00e1rions s\u00e3o h\u00e1drons formados por tr\u00eas quarks de cores diferentes, de tal forma que a carga total de cor fique nula, como ilustrado na figura abaixo no caso de pr\u00f3tons e n\u00eautrons.<\/p>\n

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Estrutura de n\u00facleos<\/p>\n

Os m\u00e9sons, por outro lado, s\u00e3o compostos por um par de quark e anti-quark, de tal modo que a carga total de cor tamb\u00e9m fique nula.<\/p>\n

Um dos aspectos surpreendentes da QCD \u00e9 a exist\u00eancia de um mecanismo, chamado confinamento, o qual n\u00e3o permite a exist\u00eancia de seus pr\u00f3prios graus de liberdade b\u00e1sicos, os quarks e gl\u00faons, como estados livres. Ou seja, n\u00e3o existem quarks livres no mundo em que vivemos: os quarks e gl\u00faons somente podem existir confinados dentro de h\u00e1drons. At\u00e9 hoje, nenhum quark livre jamais foi detectado e todas as evid\u00eancias experimentais da exist\u00eancia destas part\u00edculas elementares s\u00e3o indiretas (apesar disso, s\u00e3o evid\u00eancias muito concretas).<\/p>\n

Outra propriedade ou previs\u00e3o da QCD \u00e9 a exist\u00eancia de uma fase da mat\u00e9ria deconfinada, na qual os graus de liberdade dos quarks e dos gl\u00faons se manifestam diretamente, como ilustrado na figura abaixo. Essa nova fase da mat\u00e9ria \u00e9 chamada de plasma de quarks e gl\u00faons (QGP) e somente pode existir em situa\u00e7\u00f5es de altas temperaturas e densidades. O nosso pr\u00f3prio Universo passou pela fase de QGP pelo menos alguns microssegundos depois do Big Bang<\/i>. Estudar esta nova fase da mat\u00e9ria em aceleradores de part\u00edculas ou no interior de estrelas \u00e9 um dos maiores desafios experimentais e te\u00f3ricos da atualidade.<\/p>\n<\/div>\n

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Diagrama de fase da mat\u00e9ria na QCD<\/a><\/u><\/span><\/p>\n<\/div>\n

<\/a><\/a><\/a> Com os aceleradores de part\u00edculas modernos, as condi\u00e7\u00f5es necess\u00e1rias para produzir o QGP s\u00e3o atingidas em colis\u00f5es ultra-relativ\u00edsticas de \u00edons pesados, como as realizadas nos laborat\u00f3rios de RHIC – Brookhaven e LHC-Genebra<\/u><\/span><\/a>. Os programas de colis\u00f5es de \u00edons pesados foram e continuam sendo bem sucedidos, obtendo v\u00e1rios resultados que confirmam a exist\u00eancia de um estado da mat\u00e9ria no qual quarks e gluons n\u00e3o est\u00e3o confinados em h\u00e1drons3)<\/sup>.<\/p>\n

Um outro sen\u00e1rio, onde o estado da mat\u00e9ria atinge ao desconfinamento de quarks e gluons ocorre nas estrelas de n\u00eautrons<\/a> (veja tamb\u00e9m o link do Origem dos Elementos<\/u><\/span><\/a> ). As estrelas de n\u00eautrons s\u00e3o formadas numa explos\u00e3o de supernova tipo II<\/u><\/span><\/a>, onde o processo de colapso gravitacional do caro\u00e7o de uma estrela gigante (mais de 10 vezes do sol) no est\u00e1gio avan\u00e7ado compressiona a mat\u00e9ria no centro at\u00e9 os n\u00facleos se fundem, formando uma estrela de n\u00eautron e em troca, a energia de liga\u00e7\u00e3o gravitacional \u00e9 liberada para explodir o resto da mat\u00e9ria fora. Abaixo, mostramos as imagens de duas nebulosas, como reminisc\u00eancias de explos\u00e3o de supernovas, com presen\u00e7a de estrelas de n\u00eautrons nos centros.<\/p>\n

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Nebulosa Caranguejeira<\/u><\/span><\/a>, a primeira supernova que tem registrada na terra em 1054. A exist\u00eancia de estrela de n\u00eautron foi observada pela <\/span><\/span><\/span>J.Bell<\/a> <\/u><\/span><\/span><\/span>em 1967.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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Cassiopeia A<\/u><\/span><\/a> (veja tamb\u00e9m NASA v\u00eddeo<\/u><\/span><\/a>), mais recente observada na nossa Gal\u00e1xia.<\/p>\n

<\/a>O estudo sobre a estrutura de estrela de n\u00eautrons foi iniciado pelo Oppenheimer e Volkoff em 1939 e tem continuado acompanhando o desenvolvimento do conhecimento da propriedade da mat\u00e9ria nuclear4)<\/sup>. Recentemente houve um salto do lado observacional de estrela de n\u00eautrons, envolvendo a din\u00e2mica delas. Em particular, as observa\u00e7\u00f5es de processo de fus\u00e3o de duas estrelas de n\u00eautrons<\/a> pela onda gravitacional, junto com a as observa\u00e7\u00f5es de gamma ray burst (ver https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=e_uIOKfv710<\/span><\/a> ), abrindo um grande oportunidade para investigar as propriedades da mat\u00e9ria em condi\u00e7\u00f5es extremas da densidade.<\/p>\n

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  1. Veja o artigo, http:\/\/www.sbfisica.org.br\/fne\/Vol6\/Num2\/a16.pdf<\/a>. Em rela\u00e7\u00e3o a Yukawa e Lattes no Brasil, veja http:\/\/sbfisica.org.br\/bjp\/download\/v12\/v12a14.pdf<\/a><\/li>\n
  2. https:\/\/cerncourier.com\/the-history-of-qcd\/<\/a><\/u><\/span>. <\/span>Ver tamb\u00e9m <\/span><\/span>https:\/\/theorie.ikp.physik.tu-darmstadt.de\/nhq\/downloads\/rhiseminar_13-14\/bischoff.pdf<\/a> <\/span><\/li>\n
  3. <\/a>Ver por exemplo, <\/span>https:\/\/www.sciencedirect.com\/science\/article\/pii\/S0146641015000903?via%3Dihub<\/a><\/u><\/span><\/li>\n
  4. N. K. Glendenning, Compact Stars, Springer Verlach 2000. <\/span><\/span>ISBN 0-387-98977-3<\/span><\/li>\n<\/ol>\n

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