seminario: Partículas Fermiônicas

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Partículas Fermionicas
Pâmela Santos Terceiro
Universidade Federal de Alagoas- Campus Arapiraca
22 de Junho de 2017
Pâmela Santos Terceiro Partículas Fermionicas
Sumário
Motivação
Introdução
Léptons
Quarks
Considerações Finais
Referências
Pâmela Santos Terceiro Partículas Fermionicas
Motivação
Sabemos que essas partículas possuem um fator de
importância para o estudo da Física Quântica, devido a isso
faremos uma abordagem e explanação desse conteúdo.
Pâmela Santos Terceiro Partículas Fermionicas
Introdução
Os férmions são partículas que constituem a matéria, com
spin semi-inteiro e que obedecem o princípio de exclusão de
Pauli, no qual férmions idênticos não podem compartilhar do
mesmo estado quântico. Há doze tipos de partículas
fermionicas, sendo subvidididas em Léptons e Quarks.
1
Os Léptons (elétron, múon, tau e seus neutrinos).
2
Os Quarks (up, down, charm, strange, top e bottom).
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Léptons
Os léptons são partículas de interação fraca e, diferentemente
dos quarks, eles não possuem uma qualidade chamada cor, e
suas interações são somente eletromagnética e fraca, que, por
sua vez, diminuem com a distância.
Figura: Subdivisões dos Léptons
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Léptons
Até o momento são conhecidos seis léptons, sendo que o mais
famoso é o elétron (e-). Outros dois léptons menos conhecidos
e que também possuem carga negativa (-1), como o elétron,
são o tau (τ−) e o muon (µ−). As outras três partículas são o
neutrino do elétron, o neutrino do tau e o neutrino do muon.
Podemos agrupar os seis léptons em três pares relacionados
com as suas interações fracas: o elétron e seu neutrino
associado, o muon e seu neutrino e o tau e seu neutrino:
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Léptons
Cada um dos seis léptons citados possui uma antipartícula,
que são partículas com as mesmas características, porém de
sinal contrário.
Partícula Antipartícula
Elétron Pósitron
Muon Antimuon
Tau Antitau
Neutrino do elétron Anti neutrino do elétron
Neutrino do muon Anti neutrino do muon
Neutrino do tau Anti neutrino do tau
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Lépton - Elétron
Como um dos léptons , o elétron é visto como uma das
partículas fundamentais . É um fermion de rotação 1/2 e,
portanto, limitado pelo princípio de exclusão de Pauli.
Figura: Imagem meramente ilustrativa
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Lépton - Elétron e sua antipartícula
O antipartícula do elétron , o positron, é idêntico em massa,
mas tem uma carga positiva. Se um elétron e um positron se
encontrarem, eles aniquilarão com a produção de dois
raios-gama . Por outro lado, um dos mecanismos para a
interação da radiação com a matéria é a dupla produção de
um par elétron-positron.
Figura: Tabela de especificações
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Lépton- Muon
O muon é um lepton que se decompõe para formar um elétron
ou pósitron.
O fato de que a decadência acima é uma decaimento de três
partículas é um exemplo da conservação do número de lepton.
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Lépton- Muon
A vida útil do muon é de 2.20 microssegundos. O muão é
produzido na atmosfera superior pelo decaimento de piões
produzidos por raios cósmicos:
Medir o fluxo de muões de origem de raios cósmicos em
diferentes alturas acima da Terra é um experimento de
dilatação de tempo importante na relatividade .
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Lépton- Muon
Os muons compõem mais da metade da radiação cósmica no
nível do mar, sendo o restante principalmente elétrons,
positrons e fótons de eventos em cascata. (Richtmyer) O fluxo
médio de muão do nível do mar é de cerca de 1 muon por
centímetro quadrado por minuto.
Figura: Tabela de especificações do Muon
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Lépton- Tau
O tau é o mais maciço dos leptons , tendo uma massa de
repouso cerca de 3490 vezes a massa do elétron. Sua massa é
cerca de 17 vezes a do muon , o outro lepton maciço.
Figura: Tabela de especificações do Tau
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Quarks
Quark, em física de partículas, é um dos dois elementos básicos
que constituem a matéria e é a única, dentre as partículas, que
interage através de todas as quatro forças fundamentais.
Figura: Subdivisões dos Quarks
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Quarks
Quarks têm carga elétrica fracionária, (+ 2/3)e para alguns
tipos e (- 1/3)e para outros, mas nunca foram detectados
livres, estão sempre confinados nos hádrons.
Figura: Quarks
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Quarks - Up e Down
O quark Up e o quark Down são os quarks mais comum e os
menores, sendo eles os constituintes dos Prótons e dos
Nêutrons.
Figura: Constituintes do Próton e do Nêutron
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Quarks - Strange ou Estranho
Esta partícula foi chamada de partícula lambda ( λ0 ) e a
propriedade que a fez viver tanto tempo foi apelidada de
"estranheza"e esse nome preso para ser o nome de um dos
quarks a partir do qual a partícula lambda é construída. O
lambda é um barion que é composto por três quarks: um
quark superior, um baixo e um estranho.
Figura: Partícula Lambda
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Quarks - Charm ou Charme
Em 1974, um meson chamado de partícula J/Psi foi
descoberto. Com uma massa de 3100 MeV, mais de três vezes
a do próton, essa partícula foi o primeiro exemplo de outro
quark, chamado o quark de charme. O J/Psi é constituído por
um par de quark charm e um anti-charm.
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Quarks - Top
O quark top foi o último quark a ser descoberto. Ele foi
observado no ano de 1995, através de experimentos realizados
usando o Tevatron, o gigantesco acelerador de partículas do
Fermilab. Nesse acelerador, prótons e antipróton, com uma
energia de 0,9 TeV, colidem no centro de dois grandes
detectores de partículas.
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Quarks - Botton
Em 1977, um grupo experimental em Fermilab liderado por
Leon Lederman descobriu uma nova ressonância em 9,4 Gev /
c 2, que foi interpretada como um par de quark
inferior-antibottom e chamou o meson de Upsilon . A partir
desta experiência, a massa do quark inferior é implícita em
cerca de 5 GeV /c2.
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Quarks- Propriedades dos Quarks
Figura: Propriedades dos Quarks
* As massas não devem ser tomadas muito a sério, porque o
confinamento de quarks implica que não podemos isolá-los
para medir suas massas de maneira direta. As massas devem
ser implicadas indiretamente em experiências de dispersão.
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Considerações Finais
Os quarks e os léptons são os férmions fundamentais, isto é,
eles possuem spin 1/2 e obedecem a estatística de Fermi-
Dirac. Eles são a substância da qual a matéria é criada e são
chamados da partículas materiais.
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Referências
Barrow, GM, The Structure of Molecules, WA Benjamin, 1963.
Bahcall, JN, Phys. Rev. Letras 12, 300, 1964.
Beiser, Arthur, Conceitos de Física Moderna, 5
a
Ed.,
McGraw-Hill, 1995
Blatt, Frank J., Modern Physics, McGraw-Hill, (1992), seção
11.4 referência para hélio líquido.
Cavell, RG e Charlton, TL, Chem. Commun., 763, 1966 e
Inorg. Chem. 6, 2204, 1967.
Compton, Arthur H., Phys. Rev. 21.483; 22,409 (1923)
Documentos originais sobre dispersão de Compton.
Pâmela Santos Terceiro Partículas FermionicasReferências
Giancoli, Douglas C., Physics, 4th Ed., Prentice-Hall, 1995.
Greene, Brian, The Elegant Universe, WW Norton, 1999.
Griffiths, David, Introdução às Partículas Primárias, Wiley,
1987, 2
a
Ed. 2008
Haken, Hermann e Wolf, Hans Christolph, The Physics of
Atoms e Quanta, 5th Ed., Springer-Verlag, 1996.
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