Parte 5

No sentido de ilustrar a produção de partículas nesta teoria, nós consideramos, por exemplo, experiências de um “storage ring” onde colisões de feixes de e^- e e⁺ produzem várias partículas-estado. Assim, o caso mais simples envolve a produção do par ν_e e ν_e^- do vácuo e leva à reação:

e⁺ + e^- → (e⁺e^-) + (ν_e^- n_e) = (e⁺ ν_e) + (e^- ν_e^-) = ρ⁺ + ρ ^- (9)

onde os pions ρ ⁺e ρ ^- são estados profundamente ligados de dois órbitons, isto é,

ρ ⁺ = (e⁺ ν_e) , ρ ^- = (e^- ν_e^-) (10)

O próximo estado superior corresponde à energia de colisão do feixe onde ambos os pares (ν_e , ν_e^-) e (ν_μ , ν_μ^-) podem ser criados do vácuo e combinar (por várias leis de conservação) com e⁺ e e^- para produzir:

e⁺+ e^- ® (e⁺e^-) + (ν_e^- ν_e) + (ν_μ^- ν_μ) =

(e⁺ ν_e ν_μ^-) + (e^- ν_e^- ν_μ) = μ⁺ + μ^- (11)

onde os muons μ⁺ e μ^- são criados como estados profundamente ligados de três órbitons.

Um significado teórico adicional para o modelo de partículas elementares acima, pode ser visto a partir da teoria considerando-se g = 0. A relatividade geral e a eletrodinâmica são válidas somente em cima ou além do horizonte magnético (onde g = 0). A região abaixo do horizonte magnético é o âmago da partícula e é descrita pela teoria da gravitação generalizada. Essa região é formada pela “condensação gravitacional” das cargas magnéticas parciais g_n. Assim, a força gravitacional, indiferente de quão fraca ela possa ser, assume o papel de um “fermento” (levedura) para a formação de uma partícula. Para g = 0, todos os resultados da teoria existente são recuperados (princípio da correspondência) desta teoria geral quando o âmago da partícula (em vista dos infinitos discutidos anteriormente) é excluído da consideração e seu papel é representado ou por um esquema de “renormalização” ou pela teoria dos quarks e partons de partículas elementares.

Parte 3

Parte 2

A estrutura é determinada pelas três interações fundamentais: (1) interação gravitacional no âmago da partícula elementar, cuja intensidade é dada por Gm² / ђc, onde G é a constante gravitacional universal e m é a massa de Planck e é da ordem de 10^-5 gramas. As interações gravitacionais têm caráter de longo alcance; (2) interações eletromagnéticas, cuja intensidade é medida por e² / ђc, onde e é a carga elétrica, têm caráter de longo alcance; (3) interações magnéticas, cuja intensidade é medida por g_n² / ђc (n = 0,1,2,…), têm caráter de curto alcance. As cargas magnéticas g_n, que tendem a zero com o aumento da distância da origem (ou para n → ∞), constituem o núcleo dos órbitons (isto é, elétron, próton, elétron-neutrino e muon-neutrino) na forma de camadas estratificadas com sinais alternados e satisfazem a lei fundamental de conservação:

∑_{n=0,1,2,…∞} g_n = 0 (1) ,

onde

g_{n <} g_n-1, n ≠ 0, Lim _n→∞ g_n = 0

A lei da conservação (1) implica em sucessivas blindagens da carga magnética das camadas que, por conseguinte, dá como resultado forças de caráter de curto alcance. O resultado implica ainda na ausência de monopolos. Em tudo o que foi posto acima, é assumido que os neutrinos ν_e e ν_μ têm massas pequenas (mas finitas) comparadas às dos elétrons e prótons. Os órbitons e anti-órbitons têm a mesma carga magnética contida g_n, distribuída em seus núcleos de acordo com a lei da conservação, mas diferentes densidades de carga magnética nas camadas estratificadas. Para distâncias grandes comparadas a um raio atômico, o acoplamento entre um elétron e um próton é muito mais devido à atração coulumbiana, e o acoplamento magnético g_n² é deveras pequeno. No caso de um átomo de hidrogênio, a atração coulumbiana é contrabalançada pelas atrações e repulsões magnéticas que aumentam com o decréscimo da distância entre o elétron e o próton. Assim, ambos, elétron e próton induziriam “oscilações magnéticas” um no outro, com o elétron ocupando o estado de maior freqüência de oscilação.

No sentido de discutir estados de ligação mais profundos que os atômicos, nós precisamos definir o “vácuo” em torno dos órbitons. Cada órbiton carrega um vácuo em torno de si, consistindo de pares de órbitons com energia positiva e anti-órbitons com energia negativa.

Parece-nos como o par lacuna- intersticial num arranjo Cristalino onde o átomo oscilando em torno de sua posição de equilíbrio (transitoriedade) deixa atrás de si uma lacuna (não substancialidade), aniquilando-se mutuamente na freqüência de oscilação (caminho médio - vacuidade).

Assim, a energia total, o spin total, a carga elétrica total e a carga magnética total do vácuo são zero. Todavia, deve ser enfatizado que o vácuo tem uma energia gravitacional líquida positiva.

Essas assertivas estão em plena concordância com a idéia de um meio Cristalino “Perfeito” em seu estado fundamental.

Este tipo de vácuo é inteiramente diferente daquele obtido na eletrodinâmica quântica, onde a energia total do vácuo não se anula e, de fato, é infinita. Uma das conseqüências indesejáveis da última referência à chamada renormalização de carga, massa e energia própria infinitas, é que esta serve para dissimular as dificuldades fundamentais da eletrodinâmica quântica. Esse estado de coisas, a despeito do sucesso da eletrodinâmica quântica na explicação do fenômeno da radiação eletromagnética, leva à necessidade de esquematizar o núcleo das partículas elementares e, dessa maneira, eliminar a possibilidade de uma real compreensão de sua estrutura.

Kursunoglu, B. – A Non-Technical History of the Generalized Theory of Gravitation Dedicated to the Albert Einstein Centennial – Center for Theoretical Studies, University of Miami, Coral Gables, Florida 33124 – USA.

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V.1.1 – Uma Nova Carga

Parte 1

Nos últimos anos passados, houve grande interesse na possível estrutura composta do próton. Consistiria o próton de três unidades fundamentais (quarks) portando cargas fracionárias cuja soma é exatamente +e, ou ele seria constituído de pontos infra-estruturais (partons) mantidos juntos por uma goma (gluons)? Tais modelos foram propostos sobre bases teóricas já antigas e uma intensiva pesquisa experimental sobre esses objetos tem falhado para descobri-los e, de fato, as experiências de colisão mencionadas acima, tendem a não confirmar esses modelos teóricos.

Kursunoglu inclinou-se a entender que a unidade das ciências naturais poderia ser melhor demonstrada numa teoria onde a realidade física completa seja representada por um simples conceito de campo. A fundamentação matemática para tal eventualidade foi proposta por Einstein e Schrödinger²⁷ nos últimos anos 40 e primeiros 50. As equações de campo propostas por aqueles autores eram baseadas na generalização da teoria da relatividade geral de Einstein, mas eram ainda incompletas, uma vez que as equações não continham uma constante fundamental das dimensões de comprimento e não davam uma interpretação física para várias quantidades matemáticas contidas em suas teorias. Uma versão diferente da aproximação de Einstein – Schrödinger foi proposta por Kursunoglu em 1952 e levou, como uma conseqüência das considerações geométricas unicamente estabelecidas, a uma teoria contendo um pequeno comprimento fundamental r₀. Descobriu-se então que para r₀ = 0, a nova teoria se reduzia à teoria da relatividade geral de Einstein de 1916. A existência desse princípio de correspondência dava uma base firme para as interpretações físicas da teoria e, quem sabe, removia o maior estorvo para a construção de uma correta teoria do campo unificado.

No modelo do Cristalino, este comprimento fundamental seria o parâmetro da rede fundamental do universo.

Uma das conseqüências básicas da teoria era a emergência de um novo conceito de carga magnética, no qual o monopolo proposto inicialmente por Dirac, fosse descoberto não existir. A nova carga magnética desempenha um papel fundamental na compreensão da natureza das partículas elementares, núcleo, átomos e moléculas. Na longa corrida, a última estrutura de todos os sistemas naturais era baseada no nosso conhecimento da estrutura do e (elétron), p (próton), n_e (elétron-neutrino), n_m (muon-neutrino) e as suas correspondentes anti-partículas. Esse grupo de partículas se refere aos órbitons e anti-órbitons, respectivamente.

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V – Uma História Não-Técnica da Teoria da Gravitação Generalizada Dedicada ao Centenário de Albert Einstein

Por volta do início dos anos 50, as duas mais fundamentais teorias da Física, relatividade e mecânica quântica, estavam bem estabelecidas. A mais simples e menor partícula elementar conhecida, o elétron, era, através do trabalho de Dirac, perfeitamente bem compreendida: sua interação com o campo eletromagnético, seu comportamento geral num átomo, e seu papel nos processos químico e molecular estava em meio às brilhantes descobertas da teoria quântica no geral e da eletrodinâmica quântica no particular. Todavia, havia então, ainda, pequenos detalhes na interação do elétron e do campo eletromagnético que emergiram das experiências de Willis Lamb²⁵ com relação a alguns “desvios” menores nos níveis de energia de um átomo. Esses “pequenos” desvios das predições não poderiam ser absorvidos por simples modificações das teorias existentes. Essas experiências requeriam uma formulação “relativística especial” mais refinada da teoria quântica; isto é, eletrodinâmica quântica. A relatividade, como aplicada até então, não permitia uma estrutura estendida para os elétrons, mas um elétron puntiforme era o único modelo compatível com os postulados da relatividade especial. A despeito dessas falhas, Físicos teóricos como Feymann, Schwinger, Tomanaga, Dyson e outros, tiveram êxito na reformulação da eletrodinâmica quântica para uma tal maneira que os “infinitos” da velha teoria, oriundos parcialmente da descrição puntiforme do elétron e parcialmente do complexo comportamento quântico produzido pela exigência relativística, foram eliminados.

Kursunoglu, B. – A Non-Technical History of the Generalized Theory of Gravitation Dedicated to the Albert Einstein Centennial – Center for Theoretical Studies, University of Miami, Coral Gables, Florida 33124 – USA.

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Parte 3

A hipótese de cores não só multiplica a razão R por três, colocando-a de acordo com as observações experimentais, mas é também útil na explicação de outros fenômenos observados e abre caminho para um profundo conhecimento das interações fortes e da falta de observação de quarks livres. (Aqui pode ser desenvolvido um raciocínio analógico sobre a possibilidade de serem os quarks os constituintes de um Cristalino, a partir dos quais, pela fusão em determinadas condições, são criados os hadrons. O modelo do Cristalino, em princípio prevê constituintes de uma única espécie que, todavia, tem suas manifestações diversificadas pelo nível de excitação ou simetria. Esta seria uma explicação para outros tipos de partículas como os leptons, que podem ser igualmente excitadas do vácuo tendo como mediadores – tanto os leptons como os hadrons - os fótons e weakons). Para descrever as idéias desta recente e ainda hipotética teoria das interações fortes, é necessário introduzir um novo rótulo para os quarks: flavour. Desnecessário dizer que ele nada tem a ver com os sabores dos objetos macroscópicos; dizemos que os quarks aparecem em três sabores e cada sabor tem três cores.

Tomando de Sheldon Glashow²² a descrição da ainda especulativa teoria da cromodinâmica quântica, que faz uso de dois atributos, cor e sabor, para rotular os quarks, ou melhor, os campos fundamentais da natureza: “Nós podemos propor uma questão fundamental: o que explica o postulado de que todos os hadrons devem ser coloridos? Uma aproximação incorpora o modelo de cor dos hadrons numa classe de teorias chamadas teorias de gauge. A teoria de gauge em cores postula a existência de oito partículas sem massa, às vezes chamadas gluons, que são portadoras da força “forte”, assim como o fóton é portador da força eletromagnética. Gluons, como os quarks, não foram detectados. Quando um quark emite ou absorve um gluon, o quark varia de cor mas não seu sabor. Por exemplo, a emissão de um gluon pode transformar um quark vermelho num azul ou amarelo, mas não num quark de outro sabor. Uma vez que os gluons coloridos são os quanta das ligações fortes, segue-se que a cor é o aspecto dos quarks que é mais importante nas ligações fortes. A teoria de gauge colorida propõe que a força que mantém juntos quarks coloridos, representa o verdadeiro caráter da ligação forte. A mais familiar interação forte dos hadrons (tal como a ligação de prótons e nêutrons no núcleo) é uma manifestação da mesma força fundamental; mas, as interações dos hadrons incolores não são mais que uma remanescência da interação fundamental entre quarks coloridos. Assim como forças de Van Der Waals²³ entre moléculas é somente um leve vestígio da força eletromagnética que liga o elétron ao núcleo, a força forte observada entre hadrons é somente um vestígio daquela que está operando dentro de um hadron individual.

IV.2 – Uma Técnica para “Fusão do Vácuo”

Parte 2

O elétron e o pósitron, cada um carregando a energia E, na aniquilação produzem um fóton de energia 2E, que está em repouso no laboratório porque inicialmente o elétron e o pósitron têm velocidades iguais e opostas. O fóton é virtual porque sua energia e momento são completamente descasados (não conservados em virtude da ausência de um campo forte para o recuo), e ele pode existir somente por um tempo que é da ordem de ђ/2E. Para 1.5 GeV este tempo é tão pequeno quanto 2 x 10^-25s; isto é, é muito menor que os tempos típicos das interações fortes. A brevidade deste tempo não permite a produção de hadrons normais (tais como pions, kaons ou prótons) porque eles estendem-se no espaço sobre dimensões da ordem de 1 fm, e necessitam tempos da ordem de 10^-23s para serem criados. Isto não afeta, todavia, a produção de leptons e, em particular, de pares de muons, que são certamente menores que um centésimo de fermi. Antes das experiências começarem, foi predito que a razão R (dada pelo número de eventos nos quais hadrons são produzidos pelo número de eventos nos quais o par m⁺m^- é produzido) deveria ser muito menor que 1/10. Os resultados obtidos mostraram que nesta faixa de energia, R é da ordem de 2.

Esses resultados devem ser qualitativamente compreendidos, dizendo-se que o fóton virtual não produz hadrons (que possuem extensão espacial), mas pares de quark-antiquark, os quais, sendo puntiformes, comportam-se como pares de muons e sucessivamente fragmentam-se nos hadrons observados. Todavia, essa disposição não concorda quantitativamente com os dados experimentais porque os pares de quarks que podem ser criados possuem cargas elétricas de 2/3, 1/3 e 1/3 da carga de um muon. Uma vez que a probabilidade de produção é proporcional ao quadrado da carga, a razão R é esperada ser igual a (2/3)² + (1/3)² + (1/3)² = 2/3, ao invés do valor 2 observado. Essa contradição seria muito embaraçosa para a interpretação do quark, não fosse um novo conceito introduzido em 1964 por Oscar Greenberg²¹. Sobre o novo conceito ele escreveu: “A nova propriedade é chamada color, embora nada tenha a ver com visão ou cor dos objetos no mundo macroscópico; neste contexto, color é meramente um rótulo para uma propriedade que expande o conjunto original dos quarks de 3 para 9. Cada quark do tripleto original pode aparecer em uma das três cores , ditas vermelha, amarela ou azul. Todas as versões da teoria do color assumem que nos barions conhecidos, as três cores dos quarks estão igualmente representadas; como resultado, a partícula não exibe nenhuma cor. Similarmente, os mesons são feitos de iguais proporções de pares quark-antiquark vermelho, amarelo e azul, e são também incolores.”

Amaldi, U. – Particle Accelerators and Scientific Culture – CERN-79-06, Experimental Physics Division, July, 12 1979 – Genova – Italy.