O Modelo Padrão das Partículas

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Filosofia das Ciências Naturais – Prof. Ricardo Pereira Tassinari - 2008 
O Modelo Padrão 
Já sabemos que: 
(1) os átomos são compostos de partes, elétrons (com carga elétrica negativa -e) e núcleo (com carga elétrica positiva n.e); 
(2) os núcleos são compostos de prótons (com carga elétrica positiva +e) e nêutrons (que são neutros); 
(3) o que mantém os elétrons presos ao redor do núcleo (nos orbitais) é a Força Eletromagnética; e 
(4) os átomos são classificados na Tabela Periódica dos Elementos segundo o número de prótons que possuem. 
Mas... O que mantém os prótons (e os nêutrons) juntos no interior do núcleo? 
São os prótons e os nêutrons compostos de outras partículas? 
Segundo o Modelo Padrão (que contém a Mecânica Quântica e a Relatividade Restrita): 
(1) O que mantém os prótons (e os nêutrons) juntos no interior do núcleo são a Força Forte e a Força Fraca. 
(2) Existem apenas quatro tipos de forças fundamentais no Universo: a Força da Gravidade, a Força Eletromagnética, e as 
Forças Forte e Fraca. Buscam-se modelos que unifiquem as forças (como ocorreu com a Força Elétrica e a Força 
Magnética). Já se tem boas teorias de unificação eletrofraca. A Força da Gravidade não faz parte do Modelo Padrão 
stricto sensu. A união da Força da Gravidade com as outras forças apresenta problemas teóricos ainda não 
satisfatoriamente resolvidos (porém, essas teorias estão muito longe de experimentações diretas de suas asserções). 
(3) O elétron é uma partícula elementar (não composta). 
(4) Para cada tipo de partícula elementar, existe um de antipartícula, com a massa idêntica e com carga inversa (no caso do 
elétron e– , é o pósitron e+ ), de forma que, no choque de uma partícula e sua antipartícula, ambas se aniquilam 
formando novas partículas. 
(5) Há três categorias fundamentais de partículas na “Tabela Periódica” do Modelo Padrão: os léptons (“leves”), que podem 
existir livres; os quarks, que só existem em pares quark-antiquark (mésons, “médios”) ou em tríades de quarks ou 
antiquarks apenas (bárions, “pesados”); e os mediadores (i.e., partículas que são quanta das forças). 
(6) Os tipos de partículas elementares são: 
 
 Léptons Quarks 
 
Carga Elétrica →→→→ -1 0 -1/3 +2/3 
 
 e νe d u 
 (Elétron) (Neutrino do 
Elétron) 
(Down) (Up) 
 µ νµ s c 
 (Múon) (Neutrino do Múon) (Strange/Sideways) (Charm) 
 τ ντ b t 
 (Tau) (Neutrino do Tau) (Bottom/Beauty) (Top/Truth) 
 
 
 E as respectivas antipartículas. 
 
 
 
 
(7) Nesse modelo temos: 
Próton: p = uud 
Nêutron: n = udd 
Pi-Mais: π+ = uñ 
 
(O píon foi o primeiro méson a ser descoberto, em 1947, pelos físicos Lattes, Occhialini e Powell). 
 
(8) Por fim, temos que cada tipo de partícula é um estado quântico possível da matéria-energia, por exemplo, o Pi-Zero é 
uma superposição de outras partículas. 
Pi-Zero: π0 = (uū - dñ)/√2 i.e. π0 = (1/√2)| uū〉 + (-1/√2)| dñ〉 ! 
E já vimos que uma partícula e sua antipartícula (ambas com massa) podem se aniquilar gerando outras partículas, e.g.: 
Aniquilação Elétron - Pósitron: e+ + e– → γ + γ (em baixas energias) 
 e+ + e– → γ + γ + ... (em altas energias) 
Forças Mediadores 
Eletromagnética γ (Fóton) 
Fraca W+, W–, Z0 
Forte Glúons 
Gravitacional Grávitons (?)