O que é Cromodinâmica Quântica?

Na primeira metade do século XX, o decaimento radioativo era um mistério, pois não era racional um próton mudar para um nêutron ou vice-versa. Esse fenômeno parecia ser aleatório, até que em 1964, o físico Murray Gell-Mann propôs em seus cálculos que deveriam existir partículas fermiônicas que compunham os prótons e os nêutrons. Essas partículas eram os quarks, os quais foram descobertos em 1968 no experimento de espalhamento inelástico profundo.
Foi descoberto de início 3 tipos (sabores) de quarks, o U, o D e o S, posteriormente foram descobertos mais 3 sabores, o T, o B, e C. Logo, no experimento de espalhamento inelástico profundo, ficou provado que os prótons seriam compostos por 2 quarks de sabor U e 1 de sabor D, enquanto os nêutrons seriam compostos por 2 quarks de sabor D e 1 quark de sabor U. Sendo assim, tanto prótons quanto nêutrons são considerados como bárions do tipo delta, ou seja, são formados por trios de quarks U e D. Com isso, foi gerado um gráfico que relaciona essa dependência, sendo ele formado pelos 10 tipos possíveis de bárions, envolvendo os 6 sabores de quarks. Esse gráfico é o decupleto, e nele estão presentes os 4 bárions Δ, os 3 bárions Σ, os 2 bárions Ξ e o bárion Ω. Cada um deles com uma configuração específica de quarks U, D e S.
Contudo, nessa análise gera-se um problema de inconsistência, que são os bárions que possuem trios de quarks iguais. Por exemplo, o bárion Ω possui 3 quarks do tipo S, o que indica que ele tem um spin de 3 x ½, ou seja, 3/2, indicando que todos os spins dos quarks dessa partícula são iguais, logo, ocupam um mesmo estado quântico. Todavia, por serem férmions, eles não podem ocupar o mesmo estado quântico ao mesmo tempo. Para resolver isso, foi proposto a existência de um novo número quântico, o qual possuiria 3 posições, que ficaram conhecidas como carga de cores, sendo representadas pelo padrão RGB. Contudo, não se relaciona com o espectro visível, mas sim, sendo esse somente uma analogia, que pudesse conceder três classes diferentes a esse número quântico. No caso, essa designação ficou conhecida como coloração e, a troca de cores entre os quarks foi chamada de cromodinâmica quântica. Cada cor possui uma equação correspondente, sendo que, quando um bárion é composto por três quarks de coloração diferente, ele é considerado um bárion incolor, ou seja, uma estrutura sem carga de cor, como ocorre para os prótons e nêutrons. Entretanto, existem também as anticores, as quais compõem a antimatéria, sendo assim, também existe o padrão RGB de anticores.
Contudo, ainda faltava uma peça para completar essa dinâmica, pois todos os experimentos para encontrar quarks livres na natureza falharam, logo, eles só poderiam existir confinados no interior de outras partículas. Essa peça veio a ser os glúons, que são partículas bosônicas e que podem ocupar um mesmo estado quântico. No caso, os glúons são os mediadores da força nuclear forte, a qual manteria os quarks unidos em trio e, além disso, auxiliariam na dinâmica de mudança de cor. Esse processo, corresponde a mudança constante de números quânticos dos quarks, e isso ocorre pois cada um dos glúons são bicolores. Em outras palavras, quando um glúon de coloração RG interage com um quark de coloração R ou G, ocorre a formação de um quark de coloração B. Essa troca de coloração constante nos bárions, leva à incoloração e, dessa forma, a férmions estáveis.
Nessa dinâmica, pode ocorrer em um dado momento, na presença de um bóson W ou Z, a absorção de energia ou a perda da mesma, levando a um dos quarks U converter a D a conversão de um próton a nêutron, e assim o chamado decaimento radioativo.
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