O Modelo Padro da Fsica de Partculas Alex

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O Modelo Padrão da Física de Partículas Alex Bellucco Andrey Almeida Lucélia Letta Nelson

O Modelo Padrão da Física de Partículas Alex Bellucco Andrey Almeida Lucélia Letta Nelson Barrelo

Fonte: Moreira, M. A. O Modelo Padrão da Física de Partículas. Revista Brasileira de

Fonte: Moreira, M. A. O Modelo Padrão da Física de Partículas. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 31, n. 1, 1306 (2009) Modelo ==> Teoria Identificar partículas básicas e suas formas de interação

Partículas elementares ==> sem estrutura interna: Léptons: elétron, múon, tau, neutrino do elétron, neutrino

Partículas elementares ==> sem estrutura interna: Léptons: elétron, múon, tau, neutrino do elétron, neutrino do múon, neutrino do tau e suas respectivas antipartículas. Total: 12. Quarks (carga fracionária, confinados e não livres): quark up (u); quark down (d); quark charme (c); quark estranho (s); quark bottom (b) e quark top(t). Cada um pode ter três cores e sua respectivfa antipartícula: vermelho, verde e azul. Total: 36. Hádrons ==> tem estrutura interna: Bárions: três quarks ou três antiquarks. Recentemente: pentaquarks. Mésons: quark mais um antiquark. + Méson : antiquark (d) + quark (u) Méson : antiquark (d) + quark (d)

Interações fundamentais Interação Propriedade: Carga Gravitacional Massa Eletromagnética Elétrica Forte Fraca

Interações fundamentais Interação Propriedade: Carga Gravitacional Massa Eletromagnética Elétrica Forte Fraca

Forças fundamentais da Natureza Interação Força Gravitacional Eletromagnética Forte 1 Cor 1 Fraca 1

Forças fundamentais da Natureza Interação Força Gravitacional Eletromagnética Forte 1 Cor 1 Fraca 1 – Tanto a interação forte quanto a força de cor podem ser: a) Fundamentais: é a própria interação ou força; b) Residuais: resultante de balanços imperfeitos entre as atrações e repulsões dos quarks. É a “versão“ da força de Van der Waals (que envolvem balanço de carga nulo) para forças de cor, onde há um balanço sem cor (hádrons).

Como se dá a interação? O que transmite a informação de força entre as

Como se dá a interação? O que transmite a informação de força entre as partículas interagentes? Partículas mediadoras, de força ou virtuais 2 Interação Partículas Interagentes Gravitacional Grávitons (não detectados) Eletromagnética Fótons Forte Glúons Fraca Partículas W e Z (únicas com massa) 2 – Um estado da partícula. Podem não ter massa, mas tem energia: pulsos de energia. Quanto mais energia, menor é o tempo de interação. Não fazem “clicks“ no contador Geiger.

E os Campos? Há quatro campos fundamentais: Gravitacional, Eletromagnético, Forte e Fraco. Busca-se manter

E os Campos? Há quatro campos fundamentais: Gravitacional, Eletromagnético, Forte e Fraco. Busca-se manter as simetrias, ou seja, existem quatro: Campos fundamentais; Cargas; Interações; Tipos de partículas mediadoras.

RESUMO!

RESUMO!

Aspectos da Teoria O vácuo não é vazio! Produção de pares: incerteza na energia

Aspectos da Teoria O vácuo não é vazio! Produção de pares: incerteza na energia maior ou igual ao dobro da massa do elétron (distância de 10 -11 m). Surge um par Elétron + Pósitron virtual, caso não haja um suprimento de energia fora do vácuo. Partícula virtual: é uma partícula “que não aconteceu“: não tem massa e existe durante um curto período de tempo em uma pequena região do espaço (Moreira, 2009, p. 3).

Aspectos da Teoria Partículas Nuas e Vestidas Exemplo: no vácuo ==> elétron repele os

Aspectos da Teoria Partículas Nuas e Vestidas Exemplo: no vácuo ==> elétron repele os elétrons virtuais e fica vestido (parcialmente blindado) pelos pósitrons virtuais, sem distinguir qual parcela de carga é de qual partícula. Sem essa nuvem temos o elétron nu, com carga maior. Por isso, a lei de Coulomb não é válida para distâncias menores que 10 -11 m.

Aspectos da Teoria O Campo e o Bóson de Higgs Campo de Higgs ==>

Aspectos da Teoria O Campo e o Bóson de Higgs Campo de Higgs ==> mínima energia em um valor diferente de zero! Mais um campo fundamental com sua partícula mediadora! Higgs é encontrado no Atlas Paradoxo: devido à força fraca os bósons W e Z deveriam ter massas elevadas, mas por questão de simetria essa propriedade deveria ser nula. Solução = Massa aparente (inércia) provinda dos choques com os bósons de Higgs!

Aspectos da Teoria O que é massa afinal? Massa está relacionada ao bóson de

Aspectos da Teoria O que é massa afinal? Massa está relacionada ao bóson de Higgs. 'Massa de repouso' e 'massa relativística' é uma terminologia antiga, do início do século XX, para manter a relação newtoniana entre momentum, massa e velocidade. . . Definição: Massa é. . . simplemente massa, uma propriedade intrínseca de certas partículas elementares. Isto se deve ao campo de Higgs: partícula interagente fica polarizada com Bósons de Higgs, que lhe dão massa (Moreira, 2009, p 6). Massa e energia são a mesma coisa? Resposta: 'A energia se conserva. A energia não se transforma em coisa alguma, são apenas distintas partículas que se transformam umas em outras. Ou seja, a energia se conserva mas os portadores de energia, e a forma em que ela aparece, de fato, mudam. . . (Moreira, 2009, p. 6). Tostines quebrada!: não é possível transformar matéria em energia em matéria!

Aspectos da Teoria A antimatéria Paul Dirac: pósitron ==> conciliar teoria quântica e relatividade!

Aspectos da Teoria A antimatéria Paul Dirac: pósitron ==> conciliar teoria quântica e relatividade! Antipartícula: mesma massa e spin. Carga elétrica, números bariônico, leptônico e assim por diante opostos. A cada partícula está associada uma antipartícula, que se aniquilam ao entrar em contato produzindo um fóton. Partícula neutra (p. e. fóton) ==> partícula = antipartícula. Assimetria! Mais partículas que antipartículas! Ainda bem! Universo estável!

Aspectos da Teoria Simetria CPT (Carga / Paridade / Tempo) Carga – partícula e

Aspectos da Teoria Simetria CPT (Carga / Paridade / Tempo) Carga – partícula e antipartícula. Paridade – reflexão especular ou inversão do espaço em relação a um ponto (inversão: não mudam as leis. Quebra nas interações fracas: decaimento radioativo). Tempo – passar o 'filme' da realidade de trás para frente. A quebra da simetria CP pode estar relacionada a existerem mais partículas do que antipartículas. Se ocorrer violações CPT significativas = problemas no Modelo Padrão!

Aspectos da Teoria EDQ e CDQ Eletrodinâmica quântica (EDQ) = teoria da interações entre

Aspectos da Teoria EDQ e CDQ Eletrodinâmica quântica (EDQ) = teoria da interações entre fótons e elétrons. Cromodinâmica Quântica = teoria das interações entre glúons e quarks. Diferenças: Elétrons são livres, quarks não (confinados nos hádrons, que são brancos). Fóton interage com o elétron e este não muda. Quando um glúon interage com um quark, este último pode mudar sua cor (vira outro quark).

Aspectos da Teoria A Matéria Escura Tudo que é 'visto' no Universo = 5%

Aspectos da Teoria A Matéria Escura Tudo que é 'visto' no Universo = 5% da massa. Onde está o restante? Resposta: 'matéria escura' e 'energia escura'. É uma Hipótese ==> ligada à expansão (Universo aberto devido a muita massa) ou contração do Universo (Universo fechado, devido a pouca massa). Evidências experimentais: massa crítica ==> dúvida: vai expandir mesmo? Quais seriam as partículas? Não poderiam ser os neutrinos fundamentais (vindos do Big Bang), que tem massa pequena.

Aspectos da Teoria A Vento Escuro Partícula do Modelo Padrão (MP) ==> não respondem

Aspectos da Teoria A Vento Escuro Partícula do Modelo Padrão (MP) ==> não respondem a questão da constituição da matéria escura. Necessidade de extender esse modelo = Supersimetria! Cada partícula do MP corresponde uma 'superparceira' pesada. Matéria escura não emite radiação, não perde energia e não se aglomera. Movimento das galáxias ==> forma um 'vento escuro' (um milhão de partículas escuras por metro quadrado por segundo)

Aspectos da Teoria Neutrinos Oscilantes Problema dos neutrinos solares ==> previsão do MP não

Aspectos da Teoria Neutrinos Oscilantes Problema dos neutrinos solares ==> previsão do MP não era confirmada (um terço do previsto). Solução: neutrinos mudam de sabor no caminho do Sol até a Terra. Esses são os Neutrinos Oscilantes! Isso modificou o MP! ==> necessidade da massa (pequena) dos neutrinos.

Problemas no Modelo Padrão! - Assimetria matéria-antimatéria - simetria CP, com produção em iguais

Problemas no Modelo Padrão! - Assimetria matéria-antimatéria - simetria CP, com produção em iguais quantidades; - A matéria escura e a energia escura - não são constituídas partículas do MP; - O campo de Higgs - MP não explica bem as particularidades desta interação; - A gravidade - o gráviton não foi detectado e o MP não consegue incluir a interação gravitacional porque ela não tem a mesma estrutura das outras três interações (Moreira, 2009, p. 10);

Nossas Questões! Com base no Modelo Padrão, explique o decaimento beta do neutrôn. Qual

Nossas Questões! Com base no Modelo Padrão, explique o decaimento beta do neutrôn. Qual o papel desempenhado pela partícula virtual W- durante este decaimento?

Nossas Questões Diante do modelo padrão, um tema tão atual na ciência, de que

Nossas Questões Diante do modelo padrão, um tema tão atual na ciência, de que maneira poderíamos explicar aos estudantes as novas definições possíveis a partir deste modelo sem aniquilar as antigas analogias?

Nossas Questões O Modelo Padrão prevê teoricamente a existência do campo e do bóson

Nossas Questões O Modelo Padrão prevê teoricamente a existência do campo e do bóson de Higgs, porém estes nunca foram observados por nenhuma experiência, algo que espera-se ocorrer com o funcionamento do LHC. Para a Física, qual seria a importância da comprovação experimental desta partícula? O que é o bóson de Higgs e de quê maneira ele poderia explicar o conceito de massa? Quais as consequências para a física e para o modelo padrão se o bóson de Higgs não se confirmar (não for encontrado ou descobrir-se sua não existência)?

Nossas Questões! Leia o seguinte trecho retirado de Moreira (2005):

Nossas Questões! Leia o seguinte trecho retirado de Moreira (2005): "De acordo com o chamado mecanismo de Higgs, as partículas W e Z se chocariam incessantemente com outras partículas presentes em todo espaço, as partículas de Higgs, que explicariam suas massas. Existiria um campo de Higgs, fundamentalmente diferente dos demais campos pois, segundo a teoria, o estado de mínima energia desse campo ocorreria não quando se anulasse (como é o caso, por exemplo, do campo eletromagnético) mas em um determinado valor específico distinto de zero [1]. Consequentemente, um campo de Higgs não-nulo permeia o Universo, e as partículas estão sempre interagindo com ele, deslocando-se através dele como pessoas vadeando na água. Essa interação lhes dá sua massa, sua inércia (ibid. , p. 62). Hoje o mecanismo de Higgs é considerado como a origem da massa de todas as partículas elementares. . . " Responda: onde você inseriria a campo e os bósons de Higgs no esquema apresentado?