Pergunta

-Posted by Jorge Miguel Ramos Domingues Ferreira Vieira on July 06, 19100 at 14:01:26:
Olá!
Hà algum tempo atrás ao ler uma enciclopédia deparei com um assunto interessante, algo sobre as massas de partículas em repouso e com uma dada velocidade. Não estou bem certo mas julgo que a partícula em questão era o neutrino. Nesse artigo, era descrita uma experiência para determinar a massa de repouso dessa mesma partícula. A partir dela chegou-se à conclusão de que a sua massa de repuso deveria ser nula. Contudo não consigo compreender como uma coisa que não existe (com massa), quando é acelerada a uma determinada velocidade passa a existir com massa.
Se a massa a uma dada velocidade for igual à massa de repouso sobre a raíz quadrada de um menos beta ao quadrado, e se a massa de repouso é igual a zero a massa a uma dada velocidade nuca poderia ser diferente de zero. Como é então isto possivel?
(desculpem - me se tiver a confundir alguma coisa)

Obrigado
Jorge

Resposta

Grande Jorge!

Tudo bem?

Pra entender melhor a questão sobre a energia cinética das partículas elementares, é importante ver como funciona o processo de fusão nuclear.
Vamos tomar como exemplo a fusão de hidrogênio em hélio, que ocorre no interior do sol e de outras estrelas.
Bom, quatro átomos de hidrogênio são formados por 4 prótons e 4 elétrons. Cada próton é formado por dois quarks up (q = +2/3) e um quark down (q = -1/3). Dois desses prótons sofrem uma interação fraca, de modo que cada um deles emite um bóson W+. Esse W+ tem massa de repouso cerca de 90 vezes maior que a massa de repouso do próton, por isso ele precisa existir durante um intervalo muito curto, para não violar o princípio da incerteza (isso pode parecer meio difícil de “engolir”, mas parece ser o que acontece J). Quem emite esse bóson W+ é um dos quarks up que constituíam o próton, e prontamente converte-se num quark down: simplificadamente, sem falar em número bariônico, spin, isospin, número leptônico etc., ele _ up _ tinha carga +2/3 e emitiu uma partícula de carga +1, portanto ficou com -1/3, ou seja, tornou-se um quark down (pois a estranheza, o charme e outras propriedades foram preservadas). Assim, o próton torna-se um nêutron, formado por dois quarks down (-1/3) e um quark up (+2/3), com carga total zero. O bóson W+ colide com um elétron e, ao anularem suas cargas, emitem radiação em forma de luz (acho que um par de fótons) e um neutrino, necessário para manter equilibrado o número leptônico.
Ocorrem algumas coisas insólitas (beijos pra Jú), como um próton emitir uma partícula com massa 90 vezes maior que a dele, e depois disso ainda aumentar a própria massa (estamos falando em massa de repouso!), pois o próton tem cerca de 1836 vezes a massa do elétron, enquanto o nêutron tem 1838,6 vezes.
O importante é o resultado líquido do processo final. A massa do bóson W+ é “virtual”, enquanto a massa do elétron é real. A massa do elétron converte-se em três partículas sem massa, mas cada uma dessas partículas possui uma determinada energia cinética. O elétron tem energia cinética de repouso de cerca de 511keV (ou seja, tem massa de cerca 9,1*10^-28g), e essa energia é transferida às três partículas resultantes. Em resumo: uma partícula com massa dá origem a outras que não têm massa de repouso. Essa conversão de massa em energia se dá por meio da equação mais famosa que existe: E=mc^2.
Eu não sei atualmente se há algum consenso sobre o neutrino possuir massa de repouso, mas acho que é universalmente aceito que o fóton e o gráviton não têm massa. O fato de não terem massa não significa que não existem. A luz que você vê refletida nas coisas é prova disso. A luz é formada por pacotes de fótons, que têm calor, energia, spin, são os bósons mediadores da interação eletromagnética e possuem muitas propriedades bem definidas, portanto eles existem. Aliás, uma das propriedades deles é justamente “não ter massa”. Na verdade, apenas admite-se que não tenham, porque simplesmente não existe um fóton ou um gráviton em estado de repouso. Essas (e outras partículas) são estudadas com base no rasto que elas deixam ao atravessarem determinados fluidos (câmaras de bolhas, câmaras de Wilson etc.), com base nas curvas que fazem, no comprimento dos rastos etc.
A equação que você cita é válida para partículas (e corpos macroscópicos em geral) que possuem massa de repouso. Não se aplica (ate onde sei) a corpos sem massa.

Um grande abraço!
Piu