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Projeto de pesquisa e extensão do Instituto de Física da UFBA. https://linktr.ee/fisiamigxs
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Fontes:
1 - cbpf.br/desafios/med...
2 - home.cern/science/phys...
Com esta postagem, finalizamos a sequência sobre o Modelo Padrão de Partículas Elementares, trazendo uma breve discussão sobre as partículas mediadoras das forças afim de elucidar essa que é uma das teorias de maior sucesso da Física moderna e que traz, ainda na atualidade, uma série de questionamentos sobre a fronteira do conhecimento. Gostou? Lembre-se de curtir e comentar!
March 3, 2025 at 7:41 PM
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Apesar do sucesso do modelo padrão em descrever fenômenos em seu domínio, ele ainda está incompleto e tem limitações. Ele não explica porque há três famílias de férmions ou porque alguns são mais pesados que outros, mas espera-se que novos experimentos no LHC ajude a entender as partes que faltam.
O Modelo Padrão. [Um diagrama mostrando todos os férmions, divididos em quarks e léptons, e os bósons, divididos em bósons de gauge e bósons escalares.] Finalmente, com essa junção teórica e experimental de conhecimentos gerados acerca das diferentes partículas elementares e suas interações conseguimos formar essa belíssima coleção que descreve parcialmente nosso universo.
March 3, 2025 at 7:41 PM
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O bóson de Higgs é a partícula responsável pela geração das massas de todas as outras partículas, é a manifestação mais simples do mecanismo de Brout-Englert-Higg.
O Bóson de Higgs. O Bóson de Higgs, é o mais novo dos bósons. Se trata de um bóson escalar (spin nulo) descoberto experimentalmente em 2013 no LHC, pelas colaborações ATLAS e CMS, o que rendeu o prêmio Nobel a Peter Higgs (um de seus idealizadores). [No centro o desenho de uma esfera com um circulo interno amarelo e um círculo externo azul e roxo saindo uns 4 raios vermelhos.] Ele surgiu como um esforço teórico para tentar explicar porque alguns bósons possuem massa, através de uma interação entre o Campo de Higgs que permeia todo o Universo. Portanto, o Bóson de Higgs possui massa não nula, spin nulo e carga elétrica igualmente nula.
March 3, 2025 at 7:41 PM
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Três das quatro forças fundamentais resultam da troca dessas partículas chamadas bósons. Os férmions trocam quantidades discretas de energia pela troca desses bósons.
Os Fótons. No post de Forças Fundamentais, vimos que a força eletromagnética atua entre objetos carregados eletricamente e/ou magnetizados. Essa força é veiculada por uma partícula com característica de bóson sem massa de repouso e sem carga elétrica que você talvez já tenha ouvido falar: os fótons. Eles são bósons vetoriais (spin 1) por intermediarem interações com um campo do tipo vetorial (o campo eletromagnético). Você sabia que a luz é composta por fótons? Os Bósons Z. Os Bósons Z e W são as partículas responsáveis por veicular a Força Fraca. O bóson Z, uma partícula de carga elétrica nula e spin 1, está envolvido no processo de espalhamento de partículas, portanto agem transferindo momentum, spin e energia, constituindo uma partícula de massa não nula. [Abaixo um diagrama de Feynman representando a aniquilação de um par elétron-pósitron, representado por uma duas setas colidindo, uma e+ e outra e-, de um lado e duas setas se afastando do outro, uma e+ de um lado e um e-, e no meio uma ondinha com a letra Z]. Os Bósons W. Já os bósons W estão relacionados ao decaimento de partículas, estando associados a absorção ou emissão de neutrinos, entre outros processos. São divididos em W+ e W- de acordo com o processo de interação envolvendo mudança de cargas; desta forma os bósons W+(W-) são partículas com carga elétrica +1 (-1), de modo a manter a conservação de carga no processo de interação, e spin igual a 1. [Abaixo um diagrama de Feynman representando o decaimento de um pósitron (antipartícula do elétron) em um neutrino, representado por uma seta e+ e outra seta Ve se afastando e uma ondinha W+ no meio.] Os Glúons. Os Glúons são partículas extremamente interessantes, o termo vem do inglês Glue que significa cola. Os glúons são partículas mediadoras da Força Forte e eles agem como uma cola mantendo os Quarks ligados entre si. Neste contexto, o processo de troca de glúons entre Quarks é análogo a troca de fótons na interação entre partículas carregadas. Semelhantemente, os Glúons são bósons de spin 1, carga elétrica nula e sem massa. [Abaixo um diagrama de Feynman representando a interação entre um Quark Up e um Down, representado por setas em direção ao meio e se afastando em cada lado, U e D, e uma mola g ligando elas no meio.]
March 3, 2025 at 7:41 PM
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Essas partículas mensageiras seriam responsáveis, por exemplo, por manter o núcleo do átomo unido, pelo atrito ou até pela radioatividade. Essas partículas mensageiras são os fótons, os bósons W +, W- e Z, os gluons e o bóson de Higgs.
O que é a interação entre Partículas? Na parte I desta sequência vimos que a matéria é composta por Quarks e Léptons, que são classes de partículas com spin semi-inteiro (férmions). E no post sobre Forças Fundamentais vimos que tudo que existe no universo se comunica entre si através das forças de interação. Portanto, as interações entre partículas são descritas por forças que atuam de acordo com a natureza dos objetos que estão envolvidos. E assim entra a noção de partícula mensageira como sendo a partícula que conduz a força. Os Bósons. Essas partículas mensageiras, chamadas de Bósons, são as "donas" das Forças Fundamentais, que comunicam às partículas de matéria que elas devem sentir as demais partículas. Assim como as outras partículas fermiônicas apresentadas anteriormente, estes Bósons (partículas de força) são partículas elementares que possuem uma característica marcante em relação as outras partículas: todos possuem Spin inteiro ou nulo. Mas alguns possuem massa, outros não, e alguns possuem até carga elétrica. Um exemplo famoso e recente é o Bóson de Higgs descoberto em 2013. Já ouviu falar dele?
March 3, 2025 at 7:41 PM
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Fontes:
cbpf.br/desafios/med...;
home.cern/science/phys...;
Com essa sequência, finalizamos a primeira parte desse post, no qual abordamos as partículas constituintes da matéria (os Quarks e Léptons). Na segunda parte teremos um vislumbre da interação entre essas partículas, por meio das chamadas partículas de força. Portanto, seremos capazes de construir o que chamamos de Modelo Padrão de Partículas.
December 5, 2024 at 2:42 PM
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O modelo padrão de partículas explica bem a composição e organização da matéria que conhecemos apesar de suas limitações.
Níveis de Composição da Matéria. Assim, podemos organizar a composição da matéria em diferentes níveis como se segue: Matéria > Átomos > Núcleo e Elétron Léptons: elétron, neutrino do elétron, múon, neutrino do múon, tau e neutrino do tau. Quarks: up, down, charm, strange, top e bottom.
December 5, 2024 at 2:42 PM
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As partículas ocorrem em dois tipos básicos: quarks e léptons. Cada grupo é composto de 6 partículas relacionadas em gerações. A primeira geração é mais leve e estável e as partículas mais pesadas e instáveis estão na segunda e na terceira geração.
Os Quarks. O que são? Como vimos quando falamos sobre o núcleo atômico, são partículas fundamentais que interagem uma com a outra através da Força Forte. Levando em consideração as propriedades das partículas, os Quarks são partículas carregadas que possuem Spin 1/2 e diferentes massas, gerando 6 tipos: [desenho de 6 bolinhas cada uma com uma letra diferente: vermelha com a letra u, azul com letra d, verde com letra s, amarelo com a letra c, roxo com letra t, laranja com letra b.] Todas essas propriedades são específicas de cada partícula, e o conjunto delas nos permite caracterizar uma partícula específica. Da mesma forma que podemos reconhecer alguém em uma multidão pela sua roupa. Os Léptons. Já os Léptons é uma classe de partículas elementares formada por partículas de Spin 1/2 e, diferente dos Quarks que possuem carga elétrica fracionária, estes possuem, em módulo, a carga elétrica inteira do seu membro mais famoso: o elétron (-e). Variações de carga e da massa geram diferentes léptons, como podemos ver abaixo: [desenho de 6 bolinhas verde uma com cada letra: e, letra grega mu, letra grega tau, letras grega ni e mu, letra grega ni e a letra e, letras grega vi e tau.] Embora a representação dos Quarks e Léptons lembre os chocolates M&M'S ela é apenas uma maneira didática de se representar objetos que são reais, invisíveis e indivisíveis.
December 5, 2024 at 2:42 PM
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A primeira partícula subatômica a ser descoberta foi o elétron. Alguns anos mais tarde a carga positiva nuclear foi associada ao próton. O esquema mais completo do átomo se mostrou com a descoberta do nêutron, que se encontra no núcleo juntamente com o próton.
O Átomo. A partir da ideia de fragmentar a matéria, ao longo da história desenvolveram-se diferentes esforços para descobrir quais partículas compõem o quê. [Desenho de 3 bolas uma azul, um lilás e uma azul transparente uma sobrepondo a outra e uma bola cinza no canto superior]. E aí entra a noção de matéria ordinária como a matéria composta por prótons, nêutrons e elétrons; que em diferentes proporções, em conjunto, compõem os elementos da tabela periódica. Acima temos, por exemplo, uma representação do átomo de Trítio (um isótopo do Hidrogênio). O Próton. Só que esse não é o limite! E é aí que a "coisa" fica mais interessante ainda. Se continuarmos nos perguntando se podemos fragmentar ainda mais a matéria, encontramos algumas novidades. [ desenho de três bolas uma verde, uma vermelha e uma azul e um círculo roxo em torno das três bolas]. E é aí que entram os aceleradores de partículas, com eles podemos descobrir experimentalmente que os prótons, assim como os nêutrons, são formados por três partículas fundamentais: os Quarks. O Elétron. Nessa altura você deve estar se perguntando: E o que encontraremos se fragmentarmos o elétron? [Desenho de uma bola cinza com uma interrogação dentro.] A resposta é: Nada! Ou melhor, até onde sabemos não podemos fragmentar um elétron, por isso ele, juntamente com os Quarks e outras partículas indivisíveis, recebem o título de partículas elementares. O elétron é uma partícula que possui carga elétrica e que pertence à família dos Léptons, como veremos mais adiante.
December 5, 2024 at 2:42 PM
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Tudo no Universo é feito de alguns blocos básicos chamados de partículas fundamentais governadas por quatro forças fundamentais.O nosso entendimento sobre as partículas e as forças fundamentais é explicado pelo modelo padrão de partículas.
O que são Partículas? No post sobre Forças Fundamentais vimos que a matéria pode ser fragmentada em nível atômico é vista como um aglomerado de partículas, da mesma forma que de muito distante um enxame de abelhas parece ser contínuo (uma única coisa) e de muito próximo temos uma visão discretizada de cada abelha que faz parte do enxame. Nesse sentido, as partículas são objetos discretos reais que compõem as estruturas do nosso Universo: como a matéria ordinária, estrelas, a luz, o ar e etc. Características Fundamentais. As partículas possuem características que são intrínsecas a elas, como se fossem suas impressões digitais, através destas conseguimos rotular e as identificar, experimentalmente. Dentre as diversas características, as mais conhecidas são a massa, o spin e a carga elétrica. A Massa, de acordo com a relatividade restrita de Einstein, representa o conteúdo energético da partícula sendo, portanto, grandezas equivalentes. O Spin é uma grandeza que só tem sentido do ponto de vista quântico, e é o momento angular intrínseco da partícula. A Carga elétrica está relacionada ao fato da partícula interagir ou não com o campo eletromagnético.
December 5, 2024 at 2:42 PM
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Fontes:
1. home.cern/science/phys...
2. cbpf.br/desafios/med...
Com esta sequência lhes trouxemos um gostinho de uma das áreas mais belas e complexas da Física - a Física de Partículas e Campos. Por nos fornecer uma explicação da fenomenologia da matéria do nosso universo, suas aplicações são as mais diversas possíveis: vindo desde a confecção de uma simples lâmpada de tubo até a construção de telescópios, máquinas de ressonância magnética, raios-x e grandes aceleradores de partículas. Desta forma, esperamos que esse post traga questionamentos, um vislumbre mais profundo da natureza e que, acima de tudo, instigue o senso de descoberta desses micro e macro fenômenos.
October 25, 2024 at 4:30 PM
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A força nuclear fraca age sobre léptons e quarks. A força nuclear forte é responsável por manter o núcleo atômico coeso e pela existência dos diferentes elementos da tabela periódica.
Força Nuclear fraca. A força nuclear fraca é uma força que atua a nível subatômico, portanto não é tão perceptível quanto as forças anteriores, ela surgiu como um esforço para explicar a interação com partículas neutras. Essa força é responsável por explicar o decaimento de algumas partículas, o fenômeno da radioatividade e a fusão nuclear do Sol. [Acima desenho de uma partícula grande e setas ligado-a a 3 partículas menores ao lado dela.] Força Nuclear forte. A força nuclear forte é, talvez, a mais complexa das forças e também age em nível subatômico. É extremamente intensa quando comparada às demais, porém tem curtíssimo alcance. É responsável, principalmente, pela interação entre os quarks. [Acima desenho de 3 partículas do mesmo tamanho ligadas umas às outras por setinhas.]
October 25, 2024 at 4:29 PM
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A força eletromagnética está por trás de fenômenos como o atrito e a formação de moléculas.
Força eletromagnética. A força eletromagnética atua entre objetos carregados eletricamente e/ou magnetizados e tem um comportamento semelhante a força gravitacional. É responsável, por exemplo, pelo efeito de atração ou repulsão entre imãs e tem extrema importância para os aceleradores de partículas. [Acima o desenho de dois imãs, um vermelho e um azul, em formato de ferradura.]
October 25, 2024 at 4:22 PM
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A força gravitacional não é parte do Modelo Padrão de Partículas, já que encaixar a gravidade nesta teoria se mostrou um desafio difícil.
Força gravitacional. A força gravitacional é exclusivamente atrativa e atua em grande escala entre objetos que possuem massa. É essa força que mantem as órbitas dos planetas no nosso sistema solar, os oceanos fixos à superfície da Terra e a estrutura esférica dos planetas e estrelas. [Acima do texto há o desenho de planetas e um cometa.] Força Gravitacional. Essa força é do tipo central, pois atua na linha que liga os objetos, por isso seja no Brasil ou no Japão todos os objetos caem em direção ao mesmo ponto, o centro de massa da Terra. Essa é mais uma evidência do formato aproximadamente esférico da Terra. [Acima do texto desenho do planeta terra e da lua e uma seta entre eles.]
October 25, 2024 at 4:21 PM
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Tudo no Universo é feito de partículas fundamentais governadas pelas quatro forças fundamentais. As forças fundamentais são: a força forte, a força fraca, a força eletromagnética e a força gravitacional.
A matéria que compõe os objetos que vemos no nosso dia a dia é composta por um aglomerado de pequenas partículas que chamamos de átomos. Estes átomos são formados por partículas menores ainda, os prótons e nêutrons (que são formados por quarks) e os elétrons. Nesse sentido, as forças fundamentais são a maneira básica pela qual as partículas que formam nosso universo interagem uma com a outra. É a maneira que elas têm de "dizerem" uma para a outra “me nota”.
October 25, 2024 at 4:18 PM