A física de partículas do seu corpo

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Arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova.

Por Ali Sundermier
Publicado na Symmetry Magazine

Quatorze bilhões de anos atrás, quando nosso universo, que era apenas um ponto quente e denso, se expandiu rapidamente, toda a matéria e antimatéria que existia deveria ter se aniquilado e deixado nada além de energia. No entanto, uma pequena quantidade de matéria sobreviveu.

Acabamos com um mundo cheio de partículas. E não apenas partículas quaisquer – partículas cujas massas e cargas eram suficientemente precisas para permitir a vida humana. Aqui estão alguns fatos sobre a física de partículas do seu corpo que vai fazer seus elétrons saltarem.

Arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova.

As partículas que nos compõem

Cerca de 99% do seu corpo é composto de átomos de hidrogênio, carbono, nitrogênio e oxigênio. Você também contêm quantidades muito menores de outros elementos que são essenciais à vida.

Enquanto a maioria das células do seu corpo se regenera entre 7 e 15 anos, muitas das partículas que compõem essas células têm, na verdade, milhões de milênios. Os átomos de hidrogênio em você foram produzidos no Big Bang, e os átomos de carbono, nitrogênio e oxigênio foram feitos em estrelas ardentes. Os elementos muito pesados em você foram feito nas explosões de estrelas.

O tamanho de um átomo é controlado pela posição média dos seus elétrons. Os núcleos são cerca de 100.000 vezes menores do que os átomos. Se o núcleo fosse do tamanho de um amendoim, o átomo seria aproximadamente do tamanho de um estádio de beisebol. Se desprezássemos todo o espaço morto dentro de nossos átomos, caberíamos em uma partícula de pó de chumbo, e toda a raça humana teria o volume de um cubo de açúcar.

Como você pode imaginar, estas partículas espaçadas constituem apenas uma pequena parte de sua massa. Os prótons e nêutrons dentro do núcleo de um átomo são compostos cada um por três quarks. A massa dos quarks, que vem de sua interação com o campo de Higgs, representa apenas uma pequena porcentagem da massa de um próton ou nêutron. Os glúons, portadores da força nuclear forte, que mantém esses quarks juntos, são completamente sem massa.

Se a sua massa não vem das massas dessas partículas, de onde ela vem? Energia. Os cientistas acreditam que a quase totalidade da massa do seu corpo vem da energia cinética dos quarks e da energia de ligação dos glúons.

Arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova.

As partículas que produzimos

Seu corpo é uma mina em pequena escala de partículas radioativas. Você recebe uma dose anual de 40 millirem da radioatividade natural originada dentro de você. Essa é a mesma quantidade de radiação a qual você estaria exposto ao tirar quatro radiografias do tórax. Seu nível de dose de radiação pode subir um ou dois millirem a cada oito horas que você gasta dormindo ao lado de seu parceiro, um semelhante radioativo.

Você emite radiação porque muitos dos alimentos que você come, das bebidas que você bebe e até mesmo do ar que você respira contêm radionuclídeos, como potássio-40 e carbono-14. Eles são incorporados em suas moléculas e, eventualmente, decaem e produzem radiação em seu corpo.

Quando o potássio-40 decai, ele libera um pósitron, a antimatéria gêmea do elétron, então você também contêm uma pequena quantidade de antimatéria. O ser humano médio produz mais de 4.000 pósitrons por dia, cerca de 180 por hora. Mas não demora muito para esses pósitrons esbarrarem em seus elétrons e aniquilarem-se em radiação na forma de raios gama.

Arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova.

As partículas com as quais interagimos

A radioatividade criada dentro do seu corpo é apenas uma fração da radiação com que você naturalmente (e de forma inofensiva) entra em contato diariamente. O americano médio recebe uma dose de radiação de cerca de 620 millirem a cada ano. O alimento que você come, a casa em que vive e as rochas e o solo onde você pisa, o expõem a baixos níveis de radioatividade. Basta comer uma castanha-do-Pará ou ir ao dentista para o seu nível de dose de radiação aumentar alguns millirem. Fumar cigarros pode aumentar até 16.000 millirem.

Os raios cósmicos, a radiação de alta energia do espaço, se chocam constantemente em nossa atmosfera. Lá, eles colidem com outros núcleos e produzem mésons, muitos dos quais decaem em partículas como múons e neutrinos. Tudo isso precipita sobre a superfície da Terra e passa através de você a uma taxa de cerca de 10 por segundo. Eles acrescentam cerca de 27 millirem a sua dose anual de radiação. Estas partículas cósmicas às vezes podem atrapalhar nossa genética, causando mutações sutis, podendo ser um fator que contribui para a evolução.

Além de nos bombardear com os fótons que ditam a forma como vemos o mundo que nos rodeia, o Sol também libera um ataque de partículas chamadas neutrinos. Neutrinos são visitantes constantes em seu corpo, atravessando você em uma taxa de cerca de 100 trilhões a cada segundo. Além do Sol, neutrinos fluem a partir de outras fontes, incluindo reações nucleares em outras estrelas e em nosso próprio planeta.

Muitos neutrinos existem desde os primeiros segundos do início do universo. Mas estas partículas tem uma interação tão fraca que elas passam através de você sem deixar qualquer sinal de sua visita.

Você também está propenso a enfrentar uma constante chuva de partículas de matéria escura. A matéria escura não emite, reflete ou absorve a luz, tornando-se bastante difícil de detectar, mas os cientistas acreditam que compõe cerca de 80% da matéria no universo.

Olhando para a densidade da matéria escura por todo o universo, os cientistas calculam que centenas de milhares destas partículas podem estar passando por você a cada segundo, colidindo com os seus átomos cerca de uma vez por minuto. Mas a matéria escura não interage fortemente com a matéria da qual você é feito, então ela não causa efeitos visíveis em seu corpo.

Da próxima vez que você se perguntar como física de partículas aplica-se a sua vida, basta dar uma olhada dentro de você.

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