A força fraca é uma das quatro forças fundamentais da natureza e atua apenas em distâncias muito curtas. Seu alcance, a distância que ela consegue atingir, é de cerca de 10⁻¹⁸ metros, ou 1 attômetro. Isso é menos de um milésimo da largura de um próton.

Distância

Um attômetro equivale a 10⁻¹⁸ metros, ou um bilionésimo de um bilionésimo de metro. A notação 10⁻¹⁸ significa 1 dividido por um 1 seguido de 18 zeros. Esse alcance não é uma borda que alguém tenha medido com um instrumento. É uma estimativa, calculada a partir da massa das partículas que transmitem a força.

A força fraca é transmitida por partículas chamadas bósons W e Z. Elas são pesadas: um bóson W tem cerca de 86 vezes a massa de um próton, e um bóson Z, cerca de 97 vezes. A física quântica permite que uma partícula transmissora de força exista apenas por um instante breve, e quanto mais pesada a partícula, mais breve esse instante.

Mesmo se movendo a uma velocidade próxima à da luz, um bóson W consegue percorrer apenas cerca de 2 × 10⁻¹⁸ metros nesse tempo, segundo o livro-texto University Physics Volume 3. O CERN, o laboratório europeu de física de partículas, arredonda esse alcance para cerca de 10⁻¹⁸ metros. Ele acrescenta que a força desaparece completamente além do raio de um único próton.

Comparações de tamanho

Um próton, com cerca de 1,7 femtômetro (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de diâmetro, é cerca de 1.700 vezes mais largo que o alcance da força fraca.
A força forte, que mantém os quarks unidos dentro de prótons e nêutrons, alcança cerca de 10⁻¹⁵ metros, cerca de 1.000 vezes mais longe que a força fraca.
Experimentos constataram que um quark, se é que possui algum tamanho, tem menos de cerca de 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de largura, um pouco menos que o alcance da força fraca.
Se o alcance da força fraca fosse ampliado até a largura de um fio de cabelo humano, cerca de 0,1 milímetro, um próton teria cerca de 17 centímetros de diâmetro, e um átomo de hidrogênio, cerca de 11 quilômetros de diâmetro.

O que a força fraca faz

A força fraca pode transformar um tipo de quark em outro. É assim que um nêutron se transforma em próton no decaimento beta, um tipo de decaimento radioativo. O nêutron emite um bóson W e se torna um próton, e o bóson W então se transforma em um elétron e um antineutrino.

A força fraca também pode transformar um próton em nêutron. Isso acontece na primeira etapa da fusão nuclear que alimenta o Sol. Dois prótons se combinam, e um deles se torna um nêutron, formando deutério, uma forma pesada de hidrogênio. Os neutrinos sentem apenas a força fraca e a gravidade, e a maioria atravessa um planeta inteiro sem ser detida.

Embora seja chamada de fraca, essa força é muito mais forte que a gravidade. O CERN explica que ela é essencialmente tão forte quanto a força eletromagnética, e parece fraca porque os pesados bósons W e Z limitam seu alcance.

A descoberta dos bósons W e Z

Enrico Fermi propôs a primeira teoria da força fraca em 1933. Na década de 1960, Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg propuseram que as forças fraca e eletromagnética são duas formas de uma única força eletrofraca. A teoria deles previu a existência dos bósons W e Z e, combinada com experimentos anteriores, também suas massas.

Para produzir os bósons, físicos do CERN transformaram o maior acelerador do laboratório em uma máquina que colidia prótons com antiprótons. Os experimentos UA1 e UA2 observaram ali as duas partículas pela primeira vez em 1983, com as massas previstas. Carlo Rubbia e Simon van der Meer receberam o Prêmio Nobel de Física de 1984 pela descoberta.

Fontes

The Z boson. CERN.
The Standard Model. CERN.
The Standard Model. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
Introduction to Particle Physics. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
The Four Basic Forces. In College Physics, 2nd edition. OpenStax, 2022.
Mass, Energy, and the Theory of Relativity. In Astronomy, 2nd edition. OpenStax, 2022.
Summary Tables: Gauge and Higgs Bosons. Particle Data Group, 2025.
Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
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Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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