Questão de Física — Física Moderna — VUNESP 2025

Força forte e cromodinâmica quântica

Gabarito: letra E. A força forte, descrita pela cromodinâmica quântica (QCD), atua sobre partículas que possuem carga de cor — os quarks — e é mediada pelos glúons, que também carregam essa carga. As demais alternativas misturam partículas que não participam dessa interação, como elétrons, neutrinos e fótons.

A força forte é uma das quatro interações fundamentais da natureza, ao lado da gravitacional, eletromagnética e fraca. Ela é responsável por manter os quarks unidos dentro dos hádrons (como prótons e nêutrons) e por manter esses hádrons coesos no núcleo atômico. A teoria que descreve essa interação é a cromodinâmica quântica, que introduz o conceito de carga de cor — uma propriedade análoga à carga elétrica, mas com três estados (vermelho, verde e azul) e seus anticores.

Os quarks são as partículas elementares que possuem carga de cor e, portanto, sentem a força forte. Eles são os constituintes dos hádrons: prótons (dois quarks up e um down) e nêutrons (dois down e um up). Os glúons são os bósons mediadores da força forte, análogos ao fóton na eletrodinâmica quântica. Uma característica peculiar é que os glúons também possuem carga de cor, o que faz com que interajam entre si — diferente do fóton, que é eletricamente neutro.

A força forte tem um comportamento peculiar: ela é fraca em distâncias muito curtas (liberdade assintótica) e aumenta com a distância (confinamento). Isso explica por que quarks livres não são observados isoladamente — eles estão sempre confinados em hádrons. Essa é a razão pela qual a força forte é a mais intensa das quatro interações, mas tem alcance extremamente curto, da ordem do tamanho do núcleo atômico.

A pegadinha desta questão está em confundir as partículas que participam da força forte com aquelas que participam de outras interações. Elétrons, neutrinos e fótons não possuem carga de cor e, portanto, não interagem pela força forte. Os léptons (como o elétron e o neutrino) interagem pela força fraca e eletromagnética, mas não pela forte. Guarde a fronteira: quem tem carga de cor interage pela força forte; quem não tem, não interage — é exatamente nesse critério que as alternativas se dividem.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Prótons interagem pela força forte, mas elétrons são léptons e não possuem carga de cor — eles não sentem a força forte. O elétron interage pela força eletromagnética e pela força fraca, mas não pela forte.

Alternativa B — ❌ Incorreta

Neutrinos são léptons e não possuem carga de cor, portanto não interagem pela força forte. Antiquarks possuem anticor e interagem pela força forte, mas a alternativa mistura uma partícula que não participa da interação, tornando-a incorreta.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Léptons (como elétrons e neutrinos) não possuem carga de cor e não interagem pela força forte. Bósons é um termo genérico que inclui os glúons, mas também inclui o fóton, o bóson W e Z, que não são mediadores da força forte. A alternativa é imprecisa e incorreta.

Alternativa D — ❌ Incorreta

Fótons são os mediadores da força eletromagnética e não possuem carga de cor. Elétrons são léptons e também não interagem pela força forte. Nenhuma das duas partículas participa da interação forte.

Alternativa E — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Quarks são as partículas que possuem carga de cor e, portanto, interagem pela força forte. Glúons são os bósons mediadores dessa interação e também possuem carga de cor. Juntos, eles formam o par correto de partículas que interagem pela força forte, conforme descrito pela cromodinâmica quântica.

A regra de ouro para levar à prova: a força forte atua sobre quarks e é mediada por glúons — ambos com carga de cor. Partículas sem carga de cor (léptons, fótons) não participam dessa interação.

Gabarito: letra E