5.9 A Família dos Quarks

Início ／ Capítulo 5: Partículas microscópicas (V5.05)

Resumo em uma frase:
Na imagem materializada da Teoria dos Fios de Energia (EFT), um quark não é um ponto, mas uma unidade aberta formada por um “micro-núcleo de fio” ligado a um “canal de cor”. O núcleo é um nó local muito curto e apertado que define a quiralidade e fornece parte do spin e da energia de auto-sustentação. O canal de cor é um corredor de alta tensão puxado da mar de energia (Energy Sea); não é uma parede tubular nem um segundo fio, e a unidade só se fecha ao acoplar-se a outros quarks para equilibrar o balanço energético. Por isso, apenas compostos globalmente incolores (mésons, bárions, estados ligados ricos em glúons) persistem, e um quark isolado não pode ser separado em escala macroscópica. A partir daqui, usamos somente Teoria dos Fios de Energia sem a sigla.

I. Quadro físico mínimo: núcleo + canal de cor (três cores = três vias intercambiáveis)

• Núcleo de fio:
  Um minúsculo nó de fio de energia (Energy Threads) na mar de energia. Ele fixa a quiralidade e contribui para o spin e a inércia (energia de auto-sustentação). As diferenças de sabor (up, down, strange, charm, bottom, top) podem ser entendidas como variações no grau de enrolamento e nos modos de fase.
• Canal de cor (corredor de fio colorido):
  Escopo: não se extrai o corpo do fio; um porto de cor no núcleo excita um corredor tensional na mar de energia. “Cor” designa três vias de orientação independentes, porém intercambiáveis.
  Orientação de confinamento: quando a soma vetorial das três orientações em um composto é zero (estado incolor), o campo distante se fecha e a estrutura se estabiliza.

Esclarecimento: o corredor de cor não é um objeto sólido; é uma faixa espacial de orientação sob tensão. Os glúons são pacotes de fase-energia que se propagam nesse corredor durante uma troca ou reconexão; não são “esferinhas”.

II. Confinamento materializado: por que não vemos um quark isolado

Considere dois quarks afastados, ligados por um corredor de alta tensão:

• Quanto mais se puxa, mais se paga: a tensão do corredor é quase constante, logo a energia cresce quase linearmente com a distância.
• Saída mais econômica: acima de um limiar, a mar de energia se reconecta perto do meio e nucleariza um par quark–antiquark (q–q̄), cortando o corredor longo em dois corredores curtos que se fecham como mésons.

Conclusão: observamos jatos e uma “chuva de mésons”, não um único quark arrancado.

III. Como os hádrons “se montam”: mésons, bárions e fechamento em Y

• Méson (q + q̄):
  Um corredor de cor quase reto acopla dois núcleos de fio; o conjunto é incolor.
• Bárion (q + q + q):
  Três corredores de cor convergem para uma junção em Y no espaço, solução menos custosa que um perímetro triangular. A soma das três orientações é nula, e a estrutura se fecha.
• Troca de glúons:
  Pacotes de fase/fluxo correm pelos corredores e transferem ocupação entre as três vias, manifestando-se como troca de cor.

IV. Sabores (up, down, strange, charm, bottom, top): grau de enrolamento e vida média

• Quanto maior o grau de enrolamento ou o modo, maior o custo de nucleação; a partícula fica mais pesada e com vida média menor, tendendo a decair para graus inferiores.
• O quark top é extremamente pesado e se desintegra muito rápido, muitas vezes sem hadronizar, em acordo com as observações.

V. Massa, carga e spin: onde fecha o balanço

1. Massa: dois lançamentos contábeis
   • Energia de auto-sustentação do núcleo (curvatura/torção).
   • Energia de tensão armazenada no corredor de cor (o “estoque de energia” do corredor).
     Assim, o enunciado “a maior parte da massa do próton vem da interação forte” ganha materialidade: a tensão nos corredores finos supera em muito qualquer “massa nua” dos quarks.
2. Carga (por que em terços)
   A aparência eletromagnética de um quark decorre de uma polarização direcional no campo próximo do núcleo. Parte desse orçamento direcional é consumida pelo corredor de cor, de modo que a projeção eletromagnética resulta em unidades fracionárias: o tipo up retém mais (+2/3), o tipo down menos (−1/3).
   Alinhamento numérico: os valores de carga permanecem exatamente em ±1/3 e ±2/3; oferecemos apenas uma racionalização materializada, sem alterar números aceitos.
3. Spin (quem contribui e quanto)
   O torque global do núcleo somado às ondas torsionais e ao momento angular dos glúons no corredor compõe o spin efetivo. As partilhas internas variam entre hádrons e explicam as decomposições experimentais do spin, nas quais o spin dos quarks é apenas uma fração.

VI. Comportamento em escala: quase livre no curto alcance, fortemente ligado no longo

• Distância muito curta (Q^2 alto):
  Quando núcleos se aproximam, a seção do corredor se alarga e a impedância cai; as trocas lembram um “túnel de banda larga”, e os quarks parecem quase livres (liberdade assintótica).
• Afastamento (Q^2 baixo):
  Os corredores ficam mais finos e tensos; a energia cresce aproximadamente com a distância. O sistema tende a romper e criar pares, retornando a uma forma hadrônica fechada (confinamento).

Assim, liberdade assintótica e confinamento passam a constar do mesmo balanço energético.

VII. Correspondência com o Modelo Padrão (tradução de linguagem, sem conflito)

• Três cores ↔ três corredores de orientação (visualização geométrica das vias de cor).
• Glúons ↔ pacotes de fase/fluxo que entregam ocupação pelos corredores, não esferas minúsculas.
• Confinamento e jatos ↔ crescimento linear da energia com a distância + reconexão que cria pares.
• Estrutura interna hadrônica ↔ méson fechado por corredor reto e bárion fechado por junção em Y.
• Massa majoritariamente da interação forte ↔ tensão do corredor + energia de auto-sustentação do núcleo dominantes.
• Carga fracionária ↔ projeção eletromagnética de uma polarização do campo próximo após consumo pelos corredores de cor.
• Não-hadronização do quark top ↔ tempo de nucleação maior que o tempo de desintegração.

VIII. Condições de contorno (essenciais alinhados aos dados existentes)

• Espalhamento inelástico profundo (DIS) e partons:
  Em Q^2 alto e no DIS, a imagem converge para a visão em partons; as funções de distribuição de partons (PDF) e as leis de escala estabelecidas permanecem válidas.
• Coerência eletromagnética:
  As cargas mantêm-se em ±1/3 e ±2/3. Os fatores de forma e sua dependência com a energia seguem as medições.
• Espectroscopia e hadronização:
  Espectros de ressonâncias, topologias de jatos e funções de fragmentação permanecem dentro das faixas de erro. A linguagem “potencial linear + ruptura por criação de pares” não deve introduzir picos espúrios.
• Conservação e estabilidade dinâmica:
  Conservações de cor, sabor, energia, momento, momento angular e número bariônico são estritamente respeitadas. Não há inversões causa–efeito nem instabilidades de fuga.
• Visualizar ≠ mudar números:
  As metáforas de corredor/pacote/junção em Y servem como intuições; parâmetros e ajustes usuais não são alterados.

Em resumo
Um quark é um núcleo de fio mais um corredor de cor. O corredor é uma via de alta tensão puxada da mar de energia que trava múltiplos núcleos em um conjunto incolor. Quanto mais se estica, maior o custo, até que uma reconexão gera um novo par e devolve o sistema a hádrons fechados. Assim explicamos por que vemos jatos e hádrons, e não quarks isolados, e por que massa, spin e carga fracionária se encaixam naturalmente nesse mapa materializado.

Figuras

1. Unidade de quark (núcleo + corredor nascente)

• Mensagem: um quark individual é aberto; precisa acoplar-se a outros para ser estável.
• Âncoras de leitura: duplo anel = núcleo; arco claro = corredor de cor; amarelo = pacote de glúon; degradê cinza = bacia rasa.
• Glúon: um pacote amarelo em forma de “amendoim” viaja pelo corredor; representa um pacote de fase-energia (troca ou reconexão), não uma esfera.
• Frente de fase: um arco azul com borda dianteira engrossada no núcleo sugere fase travada.
• Corpo principal: um núcleo à esquerda (duplo anel compacto, centro auto-sustentado) e, à direita, um arco claro que representa o corredor de cor (faixa tensional, não tubo sólido).

2. Méson (q + q̄, fechamento por corredor reto)

• Mensagem: o méson é um “corredor único e reto” fechado nas duas pontas.
• Âncoras: duplos anéis nas extremidades = núcleos q e q̄; faixa clara central = corredor; pacote amarelo = glúon; sem setas elétricas (neutralidade de cor).
• Frentes de fase: um arco azul em cada extremidade; um pacote amarelo no meio do corredor indica troca de cor.
• Corpo principal: um núcleo em cada lado, acoplados por um corredor quase retilíneo; o conjunto é incolor.

3. Bárion (ver §§ 5.6 Próton e 5.7 Nêutron)
   1. Três quarks, três corredores que convergem para uma junção central em Y. As demais camadas (duplo traço do núcleo, arcos de fase azuis, “almofada” de transição, linhas finas do campo distante e degradê concêntrico) seguem o mesmo sistema visual.