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Modelo Padrão da física de partículas
Forças fundamentais forte, fraca e eletromagnética, e também descreve as partículas fundamentais que constituem toda a matéria. O Modelo Padrão da física de partículas é uma teoria quântica de campos.
O mais incrível é que ela foi confirmada muitas vezes com muita precisão.
Sobre o Modelo Padrão da física de partícula Lisa Randall descreve:
O Modelo Padrão da física de partículas categoriza de modo compacto nossa compreensão atual sobre as partículas elementares e suas interações.
Na imagem abaixo temos categorizado as partículas elementares. Vejam que cada cor representa um grupo de partículas . Temos assim o grupo dos quarks ( em lilás ), Léptons ( em verde ) , Bósons de calibre ( em vermelho ) e Bóson de Higgs ( em amarelo ). Reparem que algumas partículas do Modelo Padrão apresentam massa outras não. Possuem cargas e outras não.Umas partículas possuem spin inteiro outras fracionários e o Bóson de Higgs possuí spin 0
Os Quarks
Antes de iniciarmos os nossos estudos sobre os quarks, vamos descrever os átomos.
Dizer que os átomos são formados por um núcleo composto por prótons e nêutrons circundados por elétrons em volta e que o átomo é a unidade básica e fundamental da matéria é uma resposta muito boa e convincente. Porém esta resposta está correta até o ano de 1932. Há muito tempo o átomo deixou de ser a unidade básica e fundamental da matéria. Hoje sabemos que o átomo é divisível e que os prótons e nêutrons são formados por partículas ainda menores:
Os quarks.
Os quarks sim, são as partículas elementares e fundamentais da matéria.
Observe a ilustração abaixo
Temos um átomo com seu núcleo atômico constituído por prótons (em vermelho) e nêutrons (em branco) circundado por elétrons em volta (em verde).
Observe que os prótons e nêutrons são formados por quarks, partículas fundamentais da matéria.
Os prótons são formados por dois quarks up e um quark down.
Os nêutrons são formados por dois quarks down e um quark up.
Entenderam? Os prótons e nêutrons não são as partículas fundamentais da matéria, por serem formados por partículas ainda menores do que eles. Os quarks.
Sabendo que os prótons e nêutrons são formados por quarks e estes tem massa, é possível calcular a carga dos prótons e nêutrons. Vejamos o exemplo: Antes da resolução observe a massa, carga e spin das partículas do Modelo Padrão da física de partículas e localize a carga dos quarks up e down para entender a conta.
Prótons = (1 quark up + 1 quark up + 1 quark down), logo
Prótons = 2/3 + 2/3+ ( -1/3) = 1 (carga)
Nêutron = (1 quark up + 1 quark down + 1 quark down), logo
Nêutron = 2/3 + ( -1/3) + ( -1/3)= 0 (carga).
Agora você já sabe porque os prótons tem carga 1 e os nêutrons tem carga 0.
Eu considero difícil definir um átomo. A explicação melhor no momento é que os átomos são partículas que formam substâncias. E que os quarks são partículas elementares e fundamentais da matéria.
Exemplos de Quarks
Classificação das partículas
As partículas são divididas em Léptons e Hádrons. O Léptons são formados por Elétrons, Múons, Tau e seus respectivos neutrinos. Os Hádrons são divididos em Mésons que são os ( Pion, Kaon ) e os Bárions que são ( Prótons e neutrôns ).
Hádrons: são partículas submetidas a força nuclear forte (são formadas por partículas menores)
Ex: Prótons e nêutrons
Léptons: São partículas que não estão submetidas a força nuclear forte (são partículas fundamentais)
Ex: Elétrons, múon, tau e seus respectivos neutrinos.
Observe a divisão na imagem abaixo:
Hádrons
Como foi dito anteriormente os Hádrons são partículas submetidas a força nuclear forte (são formadas por partículas menores). E os Hádrons são divididos em Bárions e Mésons.
Os Bárions
São partículas formadas pela combinação de 3 quarks. Ex: Prótons e Nêutrons.
Os Mésons
São partículas formadas pela combinação de 2 quark, sendo um quark e um antiquark Ex: Méson Pi, positivo.
Os Léptons
Como foi dito anteriormente os Léptons são partículas que não estão submetidas a força nuclear forte (são partículas fundamentais)
Ex: Elétrons, múon, tau e seus respectivos neutrinos ( neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau ).
Léptons com seus respectivos neutrinos
Classificação Férmions e Bósons
Férmions são partículas que possuem spin fracionário. São eles os Léptons (élétrons, múon, tau e seus respectivos neutrinos) e os quarks ( up, charm, top, down, strange e botton).
Por terem spin fracionário os férmions obedecem ao Princípio da Exclusão de Pauli, ou seja, eles não podem ser acumulados em qualquer nível de energia. Vemos isto na distribuição eletrônica. Ex:
No primeiro nível de energia K cabem no máximo 2 elétrons,
L= Cabe no máximo 8 elétrons,
E assim por diante conforme a ilustração abaixo.
Níveis de energia
Wolfgang Pauli
Pauli também dizia que dois elétrons não poderiam ser acumulados com o mesmo número quântico de spin num determinado orbital. Vejamos o exemplo abaixo:
Observe que num orbital encontramos um elétron com spin para cima e outro elétron com spin para baixo representado pela seta, e nunca os dois elétrons com spins no mesmo sentido.
Galera! Na mecânica quântica o spin é uma propriedade intrínseca do elétron que vem da resposta um campo magnético. Muito associam o spin como um movimento de rotação que é um erro. Pois na mecânica quântica o elétron é tratado como uma onda. O spin resulta de um momento angular. Podem dizer que o spin do elétron é uma possível orientação sua.
Atenção:Spin em inglês significa giro e não se deve levar ao pé da letra.
Exemplos:
Dois elétrons com número quântico de spin opostos. É desta forma que eles se encontram nos orbitais descrito por Pauli.
O spin é responsável pelas propriedades magnéticas da matéria. Observe a ilustração abaixo:
Formação dos campos magnéticos e orientação dos polos Norte e Sul.
Orientação dos polos
Reforçando
Bósons
São partículas que tem spin inteiro e não obedecem o Princípio da Exclusão de Pauli. Os Bósons podem ser acumulados num mesmo nível de energia.Um exemplo disso nós temos a própria existência do laser. O laser é uma consequência dos fótons que podem se acumular em um determinado nível de energia. Observe na imagem abaixo os Bóson (fótons) se acumulando num determinado nível de energia e os Férmions (elétrons), obedecendo o Princípio da Exclusão de Pauli e não acumulando em qualquer nível de energia.
Observação: Gráviton é uma partícula teorizada. Ela ainda não foi confirmada.
Partículas e suas interações
Partículas e suas interações
Espero que tenham gostado.
Até a próxima aula.
Professor Weslei
