{"id":65427,"date":"2016-07-18T19:08:36","date_gmt":"2016-07-18T19:08:36","guid":{"rendered":"http:\/\/cms.portalsaofrancisco.com.br\/?p=65427"},"modified":"2016-07-19T13:06:52","modified_gmt":"2016-07-19T13:06:52","slug":"particulas-elementares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lab.fabricadelandings.com.br\/portalsaofrancisconovo\/ciencias-da-natureza\/fisica\/particulas-elementares","title":{"rendered":"Part\u00edculas Elementares"},"content":{"rendered":"

\"Part\u00edculas
\n Part\u00edculas Elementares<\/strong><\/p>\n

Part\u00edculas Elementares – O que s\u00e3o<\/h4>\n

Part\u00edculas Elementares<\/strong> s\u00e3o os componentes mais fundamentais do universo; eles n\u00e3o s\u00e3o, tanto quanto sabemos, composta de outras part\u00edculas.<\/p>\n

Os pr\u00f3tons, por exemplo, n\u00e3o s\u00e3o uma part\u00edcula elementar, porque ele \u00e9 constitu\u00eddo de tr\u00eas quarks, ao passo que do el\u00e9tron \u00e9 uma part\u00edcula elementar, uma vez que parece n\u00e3o ter qualquer estrutura interna<\/p>\n

Em f\u00edsica, uma part\u00edcula elementar ou part\u00edcula fundamental<\/strong> \u00e9 uma part\u00edcula que n\u00e3o pode ser feito de outras part\u00edculas.<\/p>\n

Existem dois tipos de part\u00edculas fundamentais: <\/strong>part\u00edculas de mat\u00e9ria, alguns dos quais se combinam para produzir o mundo que nos cerca, e part\u00edculas de for\u00e7a – um dos quais, o f\u00f3ton, \u00e9 respons\u00e1vel por radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica. Estes s\u00e3o classificados no modelo padr\u00e3o da f\u00edsica de part\u00edculas, que teoriza como os blocos de constru\u00e7\u00e3o b\u00e1sicos da mat\u00e9ria interagem, governada por for\u00e7as fundamentais. part\u00edculas de mat\u00e9ria s\u00e3o f\u00e9rmions, enquanto part\u00edculas de for\u00e7a s\u00e3o b\u00f3sons.<\/p>\n

Part\u00edculas Elementares – Defini\u00e7\u00e3o<\/h4>\n

Qualquer part\u00edcula subat\u00f4mica, como um dos de f\u00e9rmions ou de b\u00f3sons, pode ser um componente de outras part\u00edculas, mas n\u00e3o \u00e9 feito de si componentes. <\/p>\n

Tamb\u00e9m chamado part\u00edcula fundamental.<\/strong><\/p>\n

Qualquer das menores unidades conhecidas da mat\u00e9ria, tais como os quarks e neutrinos. <\/p>\n

Part\u00edculas elementares<\/strong> n\u00e3o s\u00e3o constitu\u00eddos por unidades menores.<\/p>\n

Part\u00edculas Elementares<\/strong> conhecidas incluem os de f\u00e9rmions fundamentais (quarks, l\u00e9ptons, antiquarks e antileptons) , que geralmente s\u00e3o “part\u00edculas de mat\u00e9ria” e “part\u00edculas de antimat\u00e9ria”, bem como os b\u00f3sons fundamentais (b\u00f3sons eo b\u00f3son de Higgs), que geralmente s\u00e3o “part\u00edculas de for\u00e7a” que mediam as intera\u00e7\u00f5es entre os f\u00e9rmions.<\/p>\n

Part\u00edculas Elementares – F\u00edsica<\/h4>\n

Um dos principais objetivos da f\u00edsica moderna \u00e9 responder \u00e0 pergunta “Do que \u00e9 feito o universo?” Muitas vezes essa pergunta se reduz a “O que \u00e9 mat\u00e9ria e que a mant\u00e9m unida?” <\/strong><\/p>\n

Isto continua a linha de investiga\u00e7\u00e3o iniciado por Dem\u00f3crito, Dalton e Rutherford.<\/p>\n

A f\u00edsica moderna fala de blocos de constru\u00e7\u00e3o fundamentais da Natureza, onde fundamentais assume um significado reducionista simples e sem estrutura. Muitas das part\u00edculas que discutimos at\u00e9 agora parecer simples em suas propriedades. Todos os el\u00e9trons t\u00eam as mesmas caracter\u00edsticas exatas (massa, carga, etc.), de modo a que chamamos um el\u00e9tron fundamental, pois todos eles s\u00e3o n\u00e3o-exclusivo.<\/p>\n

A busca pela origem da mat\u00e9ria significa a compreens\u00e3o das part\u00edculas elementares. E com o advento do holismo, o entendimento das part\u00edculas elementares requer uma compreens\u00e3o n\u00e3o apenas de suas caracter\u00edsticas, mas como eles interagem e se relacionam com outras part\u00edculas e for\u00e7as da natureza, o campo da f\u00edsica chamado f\u00edsica de part\u00edculas.<\/p>\n

O estudo de part\u00edculas \u00e9 tamb\u00e9m uma hist\u00f3ria de tecnologia avan\u00e7ada come\u00e7ando com a busca do componente prim\u00e1rio. <\/p>\n

Mais de 200 part\u00edculas subat\u00f4micas foram descobertos at\u00e9 agora, tudo detectado em aceleradores de part\u00edculas sofisticados.<\/p>\n

No entanto, a maioria n\u00e3o s\u00e3o fundamentais, a maioria \u00e9 composta por outras part\u00edculas, mais simples. <\/p>\n

Por exemplo, Rutherford mostrou que o \u00e1tomo era composto de um n\u00facleo e el\u00e9trons. f\u00edsicos posteriores mostraram que o n\u00facleo era composto de pr\u00f3tons e n\u00eautrons. Um trabalho mais recente tem mostrado que os pr\u00f3tons e n\u00eautrons s\u00e3o compostos de quarks.<\/p>\n

Part\u00edculas Elementares – Hist\u00f3ria<\/h4>\n

Historicamente a f\u00edsica de raios c\u00f3smicos sempre esteve na intersec\u00e7\u00e3o entre a astrof\u00edsica e a f\u00edsica de part\u00edculas. <\/p>\n

At\u00e9 os anos 50, as energias atingidas nos experimentos em aceleradores estavam abaixo das comumente encontradas nos raios c\u00f3smicos. <\/p>\n

O p\u00f3sitron (o anti-el\u00e9tron), o muon (um irm\u00e3o mais gordo do el\u00e9tron) e o pion foram descobertos em raios c\u00f3smicos. O p\u00f3sitron comprovava a teoria de Dirac que previa a exist\u00eancia de anti-mat\u00e9ria. <\/p>\n

O muon causou furor na comunidade dos f\u00edsicos de part\u00edculas, pois muitos n\u00e3o podiam conceber para que servia uma nova part\u00edcula elementar semelhante ao el\u00e9tron, mas com uma massa aproximadamente 200 vezes maior. <\/p>\n

A descoberta do pion contou com a participa\u00e7\u00e3o do f\u00edsico brasileiro C\u00e9sar Lattes e marca o in\u00edcio de uma s\u00e9rie de descobertas de novas part\u00edculas que interagem fortemente entre si. Tempos depois ficou claro que essas part\u00edculas que interagiam fortemente n\u00e3o eram fundamentais, mas sim compostas por outras part\u00edculas elementares que foram denominadas de quarks.<\/p>\n

Os raios c\u00f3smicos atingem a atmosfera terrestre com alt\u00edssimas energias, colidem com as mol\u00e9culas do ar e s\u00e3o percebidos atrav\u00e9s dos efeitos de ioniza\u00e7\u00e3o e cria\u00e7\u00e3o de part\u00edculas nos denominados chuveiros extensos (in\u00fameras part\u00edculas que atingem a superf\u00edcie terrestre). O problema da astrof\u00edsica \u00e9 entender como essas part\u00edculas podem ser aceleradas a energias t\u00e3o altas. <\/p>\n

Quais os processos que d\u00e3o origem a esses raios c\u00f3smicos?<\/strong><\/p>\n

A partir dos anos 50, a f\u00edsica de part\u00edculas estudada nos grandes aceleradores passou a dominar o cen\u00e1rio. Grandes m\u00e1quinas foram constru\u00eddas onde se conseguiam acelerar part\u00edculas a altas energias e realizar colis\u00f5es de forma controlada. Esse processo continua at\u00e9 hoje e o acelerador LHC (Large Hadron Collider) que est\u00e1 sendo constru\u00eddo no Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN) ir\u00e1 quase que exaurir a tecnologia atual em capacidade de acelera\u00e7\u00e3o de part\u00edculas. As colis\u00f5es entre part\u00edculas de altas energias permitem o estudo da elementaridade dessas part\u00edculas (i.e. ser\u00e1 que as part\u00edculas “fundamentais” que conhecemos n\u00e3o seriam formadas por outras mais elementares?). As colis\u00f5es tamb\u00e9m permitem testar modelos e descobrir (ou n\u00e3o) part\u00edculas previstas por esses modelos.<\/p>\n

O fluxo de raios c\u00f3smicos cai rapidamente com a energia, ou seja, quanto maior a energia dos raios c\u00f3smicos menor a quantidade deles que atinge a nossa atmosfera. O interessante \u00e9 que apesar de muito raros foram detectados eventos com raios c\u00f3smicos que ao atingirem a atmosfera terrestre deixaram um sinal de que eles foram acelerados a energias superiores a 1019 eV (eV = eletron-volt, unidade de medida de energia, igual \u00e0 adquirida por um el\u00e9tron quando \u00e9 acelerado por uma diferen\u00e7a de potencial de um volt). Os nossos aceleradores conseguem acelerar part\u00edculas a energias da ordem de 1012 eV! <\/p>\n

Como a Natureza consegue criar um mecanismo tantas ordens de grandeza mais poderoso que nosso melhor acelerador de part\u00edculas? Qual o fluxo destas part\u00edculas? <\/strong><\/p>\n

Este \u00e9 um bel\u00edssimo problema que vamos deixar para os experimentais do Observat\u00f3rio Pierre Auger estudar.<\/p>\n

O Observat\u00f3rio Pierre Auger \u00e9 o maior experimento de raios c\u00f3smicos idealizado at\u00e9 os dias de hoje. Consistir\u00e1 de aproximadamente 1600 detectores de part\u00edculas separados por 1,5 km, numa \u00e1rea de aproximadamente 3000 km2 em Mendoza, Argentina e depois um outro arranjo similar dever\u00e1 ser constru\u00eddo em Utah, EUA. Em princ\u00edpio, ele permitir\u00e1 a observa\u00e7\u00e3o em torno de 50 eventos de raios c\u00f3smicos por ano com energias da ordem 1020eV. A equipe internacional contar\u00e1 com um grande grupo de pesquisadores brasileiros, que n\u00e3o apenas contribuir\u00e1 com seu trabalho mas tamb\u00e9m ser\u00e1 respons\u00e1vel pela introdu\u00e7\u00e3o de uma boa dose de tecnologia nacional no experimento.<\/p>\n

A conex\u00e3o entre f\u00edsica de part\u00edculas e astrof\u00edsica vai voltar novamente a tona com a detec\u00e7\u00e3o dos raios c\u00f3smicos de ultra altas energias pelo Observat\u00f3rio Pierre Auger. Acredita-se que o fluxo desses raios c\u00f3smicos deve diminuir muito nessas energias, porque eles t\u00eam uma alta probabilidade de colidirem com fotons (que constituem a chamada radia\u00e7\u00e3o de fundo) remanescentes da explos\u00e3o ocorrida no in\u00edcio do Universo (Big Bang) e que permeiam o meio interestelar e intergal\u00e1tico. Por\u00e9m os dados atuais n\u00e3o indicam tal decr\u00e9scimo. Desta forma, os f\u00edsicos de part\u00edculas fizeram uma lista de um bom n\u00famero de part\u00edculas est\u00e1veis que apareceriam em alguns modelos mais complexos que o modelo usualmente utilizado (conhecido como “modelo padr\u00e3o”), e que n\u00e3o sofreriam as tais colis\u00f5es com a radia\u00e7\u00e3o de fundo. Essas novas part\u00edculas poderiam ent\u00e3o viajar grandes dist\u00e2ncias ap\u00f3s terem sido aceleradas (viriam de fora de nossa gal\u00e1xia) sem interagir com a radia\u00e7\u00e3o de fundo. Em princ\u00edpio, as medidas a serem feitas no Observat\u00f3rio Pierre Auger deveriam dar alguma informa\u00e7\u00e3o sobre essas novas part\u00edculas que, se existirem, n\u00e3o foram ainda observadas nos aceleradores.<\/p>\n

Vamos ser um pouco conservadores e considerar apenas uma part\u00edcula da lista que citamos acima, a qual temos certeza que existe:<\/strong> o neutrino. <\/p>\n

O neutrino \u00e9 um parceiro do el\u00e9tron que tem carga nula e pode ser produzido na desintegra\u00e7\u00e3o de pions que foram muito acelerados. Pelo fato de interagirem muito pouco com a radia\u00e7\u00e3o de fundo eles poderiam chegar a nossa atmosfera mesmo ap\u00f3s viajarem dist\u00e2ncias da ordem que separam as gal\u00e1xias ou aglomerados de gal\u00e1xias. O problema \u00e9 entender como na colis\u00e3o com as mol\u00e9culas de nossa atmosfera ele produziria os chuveiros extensos que s\u00e3o e ser\u00e3o observados, j\u00e1 que a caracter\u00edstica dos neutrinos \u00e9 a sua baixa capacidade de intera\u00e7\u00e3o. Para explicar isso os f\u00edsicos de part\u00edculas constru\u00edram modelos nos quais a capacidade de intera\u00e7\u00e3o do neutrino aumenta com a energia. Ser\u00e1 que isso est\u00e1 correto? S\u00f3 os experimentais de raios c\u00f3smicos \u00e9 que poder\u00e3o dizer, pois nos aceleradores atuais n\u00e3o temos energia suficiente para testar tais hip\u00f3teses!<\/p>\n

Existem muitos outros problemas de f\u00edsica de part\u00edculas que poder\u00e3o ser respondidos por experimentos como os que ser\u00e3o realizados no Observat\u00f3rio Pierre Auger. Por exemplo, pode ser que o c\u00e1lculo da intera\u00e7\u00e3o dos raios c\u00f3smicos com a radia\u00e7\u00e3o de fundo n\u00e3o esteja correto. Como? Simplesmente porque esse c\u00e1lculo talvez n\u00e3o leve em conta novos efeitos f\u00edsicos, tal como a quebra da invarian\u00e7a de Lorentz. Essa simetria (invarian\u00e7a de Lorentz) existe para as energias que conhecemos e nos ensina como devem ser feitas as contas para part\u00edculas relativ\u00edsticas (que andam com velocidades pr\u00f3ximas a velocidade da luz). Mas esses raios c\u00f3smicos est\u00e3o a energias t\u00e3o altas que nada garante que as leis que conhecemos sejam as mesmas para essas energias. Ali\u00e1s, os f\u00edsicos j\u00e1 est\u00e3o cansados de saber que algumas das leis que s\u00e3o boas para uma dada escala de energia n\u00e3o s\u00e3o necessariamente boas em outras escalas. Novamente, vamos esperar pelos experimentais de raios c\u00f3smicos. Eles ter\u00e3o que nos dizer se isso \u00e9 verdade ou n\u00e3o. Nesse caso em particular a medida do fluxo (n\u00famero de eventos) ser\u00e1 crucial para verificar se esta hip\u00f3tese \u00e9 real\u00edstica ou n\u00e3o.<\/p>\n

Uma outra possibilidade onde raios c\u00f3smicos de energias ultra alta poderiam ser criados seria na desintegra\u00e7\u00e3o de novas part\u00edculas muito massivas. Nesse caso eles n\u00e3o precisariam ser acelerados, basta que uma part\u00edcula (X) com uma massa t\u00edpica das que apareceriam em teorias que unificam todas as intera\u00e7\u00f5es (chamadas de teorias de grande unifica\u00e7\u00e3o) decaia numa part\u00edcula que interage fortemente. As massas dessas part\u00edculas X s\u00e3o da ordem de 1016GeV, se ela decair, por exemplo, num pr\u00f3ton, a energia deste poderia facilmente atingir 1020eV. Esse tipo de mecanismo geraria raios c\u00f3smicos de ultra altas energias sem termos que nos preocupar com processos de acelera\u00e7\u00e3o e absor\u00e7\u00e3o de part\u00edculas pela radia\u00e7\u00e3o de fundo. Bastaria que uma part\u00edcula X, criada no in\u00edcio do Universo, deca\u00edsse num pr\u00f3ton enquanto passeia pelas redondezas da Terra e esse atingisse nossa atmosfera gerando um chuveiro extenso. Teremos um fluxo bastante espec\u00edfico em cada um dos modelos de gera\u00e7\u00e3o de raios c\u00f3smicos atrav\u00e9s do decaimento de part\u00edculas X. A longa e detalhada observa\u00e7\u00e3o dos raios c\u00f3smicos dever\u00e1 dar alguma informa\u00e7\u00e3o sobre esses modelos.<\/p>\n

Muito do que falamos acima pode parecer fic\u00e7\u00e3o cient\u00edfica, portanto vamos ser mais conservadores e vamos admitir a seguinte hip\u00f3tese<\/strong>: os raios c\u00f3smicos de energias ultra altas s\u00e3o pr\u00f3tons, tudo est\u00e1 de acordo com os modelos comuns de astrof\u00edsica e f\u00edsica de part\u00edculas e nada de ex\u00f3tico existe. <\/p>\n

O Observat\u00f3rio Pierre Auger poder\u00e1 medir a intera\u00e7\u00e3o de pr\u00f3tons com os n\u00facleos das mol\u00e9culas de ar e ainda assim teremos um grande resultado! O fato \u00e9 que essa intera\u00e7\u00e3o ser\u00e1 medida a energias nunca antes atingidas e, por incr\u00edvel que pare\u00e7a, n\u00f3s ainda n\u00e3o conhecemos bem a f\u00edsica que rege as intera\u00e7\u00f5es fortes. <\/p>\n

Esses dados experimentais teriam algo a nos ensinar sobre a intera\u00e7\u00e3o forte que conhecemos a muito baixas energias.<\/p>\n

A sabedoria popular diz que a vida ocorre em ciclos. Talvez, como no in\u00edcio do s\u00e9culo passado, as observa\u00e7\u00f5es dos raios c\u00f3smicos de ultra alta energias voltem a estabelecer as novas dire\u00e7\u00f5es da f\u00edsica de part\u00edculas do futuro.<\/p>\n

Fonte: www.thingsmadethinkable.com\/abyss.uoregon.edu\/br.geocities.com<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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