MECÂNICA QUÂNTICA

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MECÂNICA QUÂNTICA: Estrutura Atômica
Evelen Dias de Carvalho[1: Graduando do 3º período do Curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Maranhão - Campus Imperatriz – evelendias@hotmail.com]
Kaique Silva Santos[2: Graduando do 3º período do Curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Maranhão - Campus Imperatriz – kaiquesilva_18@hotmail.com.]
Ronaldo Andrade de Araújo[3: Graduando do 3º período do Curso de Licenciatura em Física do Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia do Maranhão - Campus Imperatriz – ronalldo15-@hotmail.com.]
RESUMO
A ideia central para este artigo é traçar uma linha do tempo, com relação a evolução de conceitos acerca dos princípios de matéria em níveis atômicos, afim de se ter uma visão geral das ideias, teorias e experimentos que este estudo sofreu durante as várias décadas que envolveu a curiosidade de muitos cientista. Seguindo as demonstrações de vários modelos atômicos que não podiam ser explicados pela mecânica clássica provocando assim a necessidade de se evoluir nos conceitos de matéria para se criar o conjunto de teorias da mecânica quântica. E por fim passando ao foco das partículas elementares, que fundamentam as ideias atuais do conceito estrutural da matéria.
Palavras-chave: Matéria. Partículas. Mecânica Quântica.
1 INTRODUÇÃO
Entender os conceitos, formulas e estruturas que regem a mecânica quântica é sempre algo bastante complicado pois estes termos quase sempre são absurdamente confuso para qualquer pessoa até mesmo para os que já a estudam a vários anos por ser composto de inúmeras contradições a lógica geral vivida pela maiorias das pessoas, este artigo foi feito para tentar ajudar um pouco a entender alguns conceitos principais desse estudo, porém não será possível esclarecer todas as incógnitas acerca do assunto pois como mesmo Born falava “...quem disser que compreendeu a mecânica quântica, e porque não a compreendeu.”
A mecânica quântica possui o objetivo principal de estudar as estruturas do universo em um nível microscópio, tentando explicar vários dos fenômenos que o originaram e o mantem em constante manutenção e mudança, dessa forma que se originou a sua nomenclatura: Mecânica (Estudo do movimento, comportamento) e Quântica (nível de visão microscópica, o quântico).
2 O ATOMO
Ao se observar um objeto pode-se visualizar claramente que o mesmo é composto por várias outras peças, pedaços, parafusos, cabos entre outras coisas. Que podem ser separadas do mesmo e formar outra matéria, que da mesma forma pode ser dividida em vários outros pedaços também divisíveis e assim sucessivamente. O átomo é simplesmente o resultado dessa divisão em nível de escala microscópico, de uma certa forma ele seria o componente básico de formação de qualquer estrutura que possa ocupar lugar no espaço.
Contudo esse átomo ainda não pode ser definida como o menor componente da matéria, já que ele ainda é composto de:
Elétrons: são partículas carregadas negativamente que se movimentam de forma à orbitar o núcleo do átomo, onde estão distribuídas em camadas variadas que representam cada um uma orbita diferenciada.
Massa(kg): 
Próton: Partícula subatômica que se se encontra no núcleo do átomo, cuja carga eletrônica é positiva.
Massa(kg): 
Nêutron: Partícula subatômica localizada no núcleo do átomo junto as prótons, que possui um carga relativamente estável, possui total influência das reações nucleares e da radioatividade.
Massa(kg): 
3 OS MODELOS ATOMICOS
Ao se iniciar um estudo acercas das ideias atuais da mecânica quântica deve-se inicialmente interpretar toda a evolução que esses conceitos sofreram ao longo do tempo, para se poder formular um princípio mais solido das estruturas apresentadas.
As principais descobertas e influencias desses modelos foram:
a descoberta da natureza da matéria e do elétron;
a afirmação de que o átomo é composto por um pequeno núcleo envolvido por elétrons;
o desenvolvimento das equações da mecânica quântica que explicam o comportamento dos elétrons e dos átomos;
3.1 Teoria atômica de Dalton (1803)
O estudo dos átomos não surgiu muito recentemente, ao contrário desde a antiguidade se perpassava as pergunta acerca de qual eram os componentes básicos da matéria e como poder identifica-los. Contudo pelo fato de não poderem nessa época usufruírem da tecnologia necessária para se estudar esses fatos foi elevado o assunto a um ponto filosófico. Dessa forma surge a teoria de Aristóteles que afirmava as incapacidades de se poder dividir algo material a um ponto de chegar a uma partícula indivisível, dentre os cientistas o primeiro a afirmar a existência de uma partícula indivisível foi Leucipo (440 a.C.) e em seguida seu discípulo Demócrito (460 a 370 a.C.) a nomeou de átomo.
Contudo foi necessário uma evolução tecnológica de 17 séculos para que se possa estudar mais profundamente essas hipóteses e poder afirmar algo realmente significativo. Por volta de 1803, o químico e físico inglês John Dalton formulou a teoria atômica revolucionaria, sendo a pioneira das pesquisas a relacionar os acontecimentos químicos com um sistema focado em descobrir o comportamento de cada átomo acerca deste acontecimento. Sua teoria foi formulada na base de cinco postulados, sendo eles:
Toda a matéria é composta de átomos;
Átomos são permanentes e indivisíveis e não podem ser criados nem destruídos;
Os átomos de um elemento são idênticos, mas são diferentes dos átomos de outros elementos;
Transformações químicas consistem de combinações, separações ou rearranjos de átomos;
Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa;
A partir desses postulados Dalton conseguiu imaginar um átomo com uma estrutura esférica, maciça, indivisível, indestrutível e homogenia sendo que sua massa e volume variava de um elemento para o outro. Mesmo agora essa ideia ter provado suas várias falhas, algumas das suas conclusões ainda são validas até hoje, porém ainda foi de incrível importância esses princípios que este pesquisador impôs.
3.2 Teoria atômica de Thomson (1898)
A teoria atômica de Dalton reinou pelos campos da ciência de volta de 95 anos até Joseph John Thomson apresentar seus resultados e reformular o conceito geral que se tinha do átomo. Pode-se até mesmo pensar que se passaram bastante tempo para que se pudesse rebater as antigas ideias de Dalton, porem o que se ocasionou foi uma momentânea espera pelas evoluções da química, para que os físicos começassem a aceitar o modelo atômico que os químicos trabalharam, somente a partir daí pode-se evoluir nos estudos. Tanto apenas foi possível formular a teria de Thomson com a descoberta da natureza elétrica da matéria e das experiências com tubos de Crookes.
3.2.1 A natureza elétrica da matéria
Os primeiros dados importantes adquiridos acerca da natureza elétrica dos átomos foram obtidas em 1834, pelos experimentos sobre eletrolise realizados pelo físico químico inglês Michael Faraday. Gerando assim duas leis importantes:
Primeira Lei de Eletrólise: “A massa da substancia eletrolisada em qualquer dos elementos é diretamente proporcional a quantidade de carga elétrica que atravessa a solução”;
Segunda Lei de Eletrólise: “Empregando-se a mesma quantidade de carga elétrica, em diversos eletrólitos, a massa da substancia eletrolisada, em qualquer dos eletrodos, é diretamente proporcional ao equivalente-grama da substancia”;
3.2.2 Os tubos de Crookes
Figura 1 - O tubo de Crookes. O cátodo é o eletrodo que sofre influência de carga negativa e o ânodo sofre influência de carga positiva, sendo ambos ligados a uma fonte de alta tensão.
Fonte: www.infoescola.com/fisica/ampola-de-crookes/
Essa experiência consiste em um tubo de vidro que possui um eletrodo em cada uma de suas extremidades e que possui uma válvula de retirada de gás para que se possa provocar um ambiente de vácuo no seu interior. Quando os eletrodoseram ligados a uma carga de energia de alta tensão (cerca de 10.000 Volts) surge uma luminosidade na parede oposta ao cátodo (carregado negativamente). Provando assim claramente a existência de elétrons nos gases.
3.2.3 O modelo de Thomson
A partir dessas experiências Thomson conseguiu reproduzir estes dados e experimentos para que pudesse tirar suas próprias conclusões. Como sua demonstração de que os raios catódicos ao se chocarem com eletrodos de um eletrômetro, este aponta a existência de uma carga negativa. Demostrou também que os mesmo raios sofrem uma influência refletora dos eletrodos negativos sob a ação de um campo elétrico. Essas características são fatores bastantes semelhantes ao comportamento de objetos carregados negativamente tomando assim uma conclusão da existência de partículas de cargas negativas que são localizadas em todos os átomos.
Thomson, então sugeriu que o átomo seria uma esfera uniforme carregada positivamente, com um raio aproximadamente de 10-8 cm na qual os elétrons estariam encrustados, de uma forma semelhante a um pudim de ameixas.
Figura 2: Modelo Atomico de Thomson - pudim de ameixas.
Fonte: espetacularquimica.blogspot.com.br
3.3 O modelo atômico de Rutherford (1911)
Rutherford ligou todo seu experimento a estudar o comportamento das partículas alfa, (possui carga positiva e massa muito maior do que a do elétron) para que a mesma servisse de comparação com o comportamento dos elétrons no átomo.
No seu experimento o cientista incidiu um feixe de partículas alfas, produzidas por uma amostra de polônio sobre uma camada fina de folha metálica e notou que algumas partículas atravessaram a folha em uma linha reta sem mudar sua trajetória, e outras sofrem bastante desvios de seu trajeto antes do choque. O mesmo se sentiu intrigado com esse comportamento e resolveu analisar esses desvios de curso, ao fim da análise foi visto que algumas dessas mudanças de trajetória correspondiam a um ângulo maior do que 90º, ou seja, nem sequer conseguiam ultrapassar a folha.
Desses resultados Rutherford concluiu que o átomo é formado por um pequeníssimo núcleo carregado positivamente, onde está concentrado a maior parte da massa do átomo rodeado por uma região maior, onde estão localizadas os elétrons separados pelo seu volume. Isso explica o fato de algumas partículas serem repelidas violentamente.
Rutherford também provou a existências de outras partículas no átomo além dos elétrons que possuem massa superior e carga elétrica contraria. Que estariam localizadas no núcleo do átomo e os denominou em seguida de prótons, contudo essas partículas correspondiam a apenas metade da massa do núcleo atômico, sendo assim deveriam existir outras partículas com as mesmas características, porem de carga elétrica neutra (nêutrons).
A partir dessas novas descobertas finalmente Rutherford pode formular uma réplica aproximada do átomo a partir de seus dados, desenhando assim o mesmo com uma estrutura planetária que lembra bastante o sistema solar com o núcleo localizado ao seu centro e rodeado de várias orbitas onde os elétrons transitam.
Figura 3 – Modelo atômico de Rutherford.
Fonte - www.agracadaquimica.com.br
3.4 Teoria atômica de Bohr (1913)
Após a aceitação do modelo atômico de Rutherford como a base de átomo da época começaram a aparecer várias falhas em seus conceitos que tornaram seus experimentos bastante questionáveis, pois se contradiziam bastante com teorias já aceitas anteriormente, um exemplo era o fato deste átomo ser incrivelmente instável de forma que se o átomo fosse realmente representado com as características descritas seria impossível a existência de um universo como o que vivemos.
Diante desses fatos tornou-se iminente a necessidade de um novo modelo atômico que possa solucionar esses problemas apresentados. Assim surgi a ideia revolucionaria de Niels Bohr que pretende utilizar das terias quânticas de energia criadas por Mark Planck para elucidar os problemas dos físicos e químicos sobre o modelo atual. Para ele apenas seria possível elucidar este caso se a estrutura atômica fosse baseada pela natureza da luz emitida pelas substancias submetidas a altas temperaturas ou a cargas elétricas.
Niels Bohr foi um físico dinamarquês que trabalho na Inglaterra junto com Thomson e Rutherford, o qualificando da melhor forma possível em se formular teorias de partículas atômicas, contudo o mesmo criticava bastante o último modelo atômico apresentado, pois este violava uma das leis fundamentais da física clássica, que tornava este átomo totalmente instável, já que os elétrons ao acelerarem tenderiam a liberar radiação e por consequência energia até ao ponto deste se colidir com o núcleo por não possuir mais energia para o movimento continuo.
Dessa forma Bohr constatou que a física clássica não deveria ser aplicada nos casos tratados por partículas muito pequenas, pois a esses pontos é provado cada vez mais teorias falhas desse seguimento de pesquisa. Sendo a hipótese quântica de Planck seria a mais eficiente nesse caso.
Desta forma Bohr formulou postulados unindo todos os dados experimentais de Planck, Einstein e Rutherford. Aplicando as formas orbitais que rodeiam o núcleo em relação a teoria da influência da atração de Coulomb, (referente as forças de interação entre duas cargas elétricas que possuem dimensões e massas desprezíveis) concluindo assim uma orbita circular ou elíptica em relação ao centro da força.
Bohr assim produzi-o quatro postulados que explicassem a estrutura do átomo de hidrogênio.
Cada elétron do átomo deve ocupar um estado estacionário de acordo com sua energia;
Quando estes elétrons estiverem nesses estados ficam incapacitados de perder energia, apenas se libera uma quantidade de radiação se esses elétrons retrocederem a outro estado estacionário de menor carga de energia;
Em cada um dos estados estacionários os elétrons se movimentarão de forma a produzir uma trajetória orbital em relação ao centro do átomo;
Esses mesmo estados só existirão se ocorrer um movimento angular dos elétrons de forma quantizada e que seja um número múltiplo inteiro;
Destes quatro postulados alguns sofrem de alguns problemas apontados na concepção da física quântica atual, os dois primeiros ainda são confirmados pelas teorias modernas e ainda são aplicadas as concepções quânticas, o quarto postulado contudo está em partes errado, pois o movimento angular do elétron apesar de ser bem definido não é da mesma forma que Bohr a aplicou, e o terceiro postulado está completamente equivocado e acabou não se tornando útil a física quântica moderna.
3.4.1 Problemas do modelo atômico de Bohr
Apesar de ter sido bastante revolucionaria e respeitada a teoria de Bohr ela ainda apresentava algumas imperfeições. Apesar do mesmo ter concluído várias vertentes da quantidade de elétrons e energia contido nos estados estacionários ainda possui uma grande divergência entre a esquematização da tabela periódica implementada naquela época, além de não poder explicar claramente as ligações química que formavam substancias mais complexas. Da mesma forma que ele não conseguiu explicar claramente as questões dos estados estacionários, pois o mesmo apenas apontava sua existência já que as mesmas se apresentavam em seus experimentos.
Mesmo com essas várias falhas este modelo ainda ficou vigente por 12 anos, contudo ainda deve-se destacar a influência e as contribuições que o mesmo teve para o desenvolvimento das teorias quânticas, são praticamente as pioneiras das aplicações quânticas na ciência moderna.
4 MECANICA QUANTICA
A mecânica quântica surgiu ao nível de que muitos cientistas encontraram falhas na mecânica clássica, alguns fenômenos que eram vistos em experimentos que as teorias desse estudo mais antigo taxava de impossível tornando assim muito contraditório trabalhar com essa visão mais ainda, dessa forma muitos sentiram a necessidade de se criar um novo campo de estudo que pudesse explicar essas “brechas” que a teoria atual não abrangia, sendoassim se criou a mecânica quântica de início como uma forma de estudar os casos particulares não englobados pela mecânica clássica. Atualmente considera-se o contrário a clássica se tornou uma variação da quântica nas referências de partículas macroscópicas.
4.1 Dualidade onda-partícula
Observando o comportamento de ondas no espaço pode-se deduzir algumas coisas de comportamento que comumente acontece em todas as ondas, por exemplo elas sofrem bastante interferência de acordo com o espaço que ela se propaga, pelo seu princípio de difração, da mesma forma que as ondas ao interagirem modificam sua característica, dependendo se sofrerem interação construtiva ou destrutiva, além da sua forma de propagação se desenvolver de forma a espalhar a onda pelo espaço. Totalmente diferente é o comportamento de uma partícula que possui sempre uma trajetória bastante definida, além de não produzir qualquer tipo de interferência ao se interagir duas partículas. As formas de troca de energia entre ondas e partículas são bastante diferenciadas também, a primeira troca energia de forma à espalha-la no espaço e de forma continua ao se interagir com a matéria, a segunda apenas pode trocar energia se existir um choque que ocorrem em pontos e instantes determinados.
Desta forma fica claro que uma onda e uma partícula possuem várias diferenças que praticamente as tornam opostas e claramente diferenciadas pelas suas características, contudo algumas partículas e ondas podem adquirir características umas das outras, que até antes da criação da mecânica quântica eram incógnitas inexplicáveis para a ciência.
Quando uma onda que possui um comprimento muito pequeno em relação a abertura, os efeitos da difração se tornam algo desprezível provocando assim a formulação de uma trajetória bem definia (característica de uma partícula), pois seus pontos de máximo e mínimo são tão próximos que se tornam impossíveis de se observar. Da mesma forma a partícula também pode atingir algumas características de uma onda, por exemplo se muitas partículas pequenas estão se deslocando algumas por consequência acabam que por se chocar uma com a outra formando um efeito domino por todo este conjunto de partículas que estaria trocando energia a todo momento se tomarmos uma visão geral elas próximas a um sistema continuo de radiação (característica de uma onda).
Assim em 1924, Louis de Broglie afirmou que os elétrons deveriam possuir características de ondas da mesma forma que a luz também possui características de partículas, pois as duas são intimamente relacionadas, desta forma ele conclui que da mesma forma que a luz pode ser qualificada pelas características de onda e corpúsculo a matéria também deve ser qualificada com caraterísticas de partícula e onda.
Contudo essa sua tese não poderia ser provada já que na época não era possível observar esses dois fatores acorrendo simultaneamente pelas limitações tecnológicas da época, contudo recentemente foi possível observar os fatos apontados por ele com a precisão necessária para que se prova-se essa teoria.
Figura 4 – Difração de um elétron utilizando uma abertura circular de 30 µm.
Fonte: LOPES, J. L
Figura 5 – (a) Difração da luz, (b) Difração de elétrons numa aresta retilínea.
Fonte: LOPES, J. L
4.2 O princípio da incerteza de Heisenberg
O cientista Werner Heisenberg afirmou em 1926, o famoso princípio da incerteza que abalou bastante o mundo cientifico da época que estavam se baseando nos resultados de seus experimentos acerca do comportamento do átomo. Ele concluiu que seria impossível que alguém conseguisse taxa com exatidão a posição e velocidade de um elétron no átomo, pois para que se localize um átomo com maior precisão possível deve-se interagir ló com meios externos, como a utilização de fótons, campos elétricos e força elétrica sendo que todos esses meios seriam influencias decisivas para modificar a velocidade atingida por esse elétron da mesma forma que se tentam-se calcular sua velocidade sem influenciar na mesma ele tenderia a se mover de forma a não poder estabelecer seu ponto de origem.
Com esse dilema ficou claro que não seria possível estabelecer pontos exatos em que esses elétrons possam se localizar, sendo assim os cientistas decidiram usar desses experimentos para ao invés de focar pontos exatos de localização estabelecer pontos de provável estada desses elétrons que mais tarde foi denominado de orbitais.
4.4 O modelo atômico atual
Nas teorias de Bohr eram apresentados as necessidade de se considerar a existências de números quânticos, mais tarde provadas pelas equações de Schrodinger.
Número quântico principal n: representa a quantidade de energia carregada pelo elétron, pode se interpretar como a camada no espaço da orbita do átomo. Sendo que quanto maior o valor de n mais distante o elétrons deve estar do núcleo;
Número quântico momento angular orbital, azimutal ou secundário l: estes números quânticos definem os subníveis de energia do elétron dentro dos níveis principais, onde deve ser maior a probabilidade de se encontrar o mesmo;
Número quântico orbital magnético ml: este número quântico representa o campo magnético formado pelo momento angular produzido por l, onde se orienta a presença de energias quantizadas a se interagiram com campos magnéticos;
Número quântico de spin do elétron ms: este número quântico tende a verificar os dois possíveis momentos angular intrínseco da partícula, afim de se estabelecer o sentido de rotação do átomo;
A tabela 1 a seguir especifica de melhor forma os resultado que cada número atômico deve seguir para satisfazer seu objetivo
Tabela 1: Números quânticos intervalos de valores possíveis
	NUMERO QUANTICO
	NOME
	VALORES
	n
	Principal
	1, 2, 3, ...
	l
	Secundário
	0, 1, 2, 3, ..., (n-1)
	ml
	Magnético
	l, ..., 0, ..., -l
	ms
	Spin
	+1/2 e -1/2
Fonte: (LOPES, J. L)
5 PARTICULAS ELEMENTARES
O século XX foi de grande contribuição para a física. Aprimorou-se o conceito de átomo, algo que já era falado, mas até o momento não era tido por todos como uma realidade.
A teoria de Dirac, publicada em 1928, representou um aperfeiçoamento da mecânica quântica de Heisenberg-Schrödinger, se revelou eficaz na descrição de problemas que a teoria antiga explicava porem ela implicava que os elétrons tivessem estados de energia negativa e pareciam ter massa negativa, e ele não sabia como interpretar isso. Como diz Morris:
Os níveis de energia negativos não podiam ser ignorados, porque a mecânica quântica permite aos elétrons saltar entre estados de energia diferentes, e não havia nada que impedisse uma partícula de saltar de um estado positivo para um negativo. Ficou claro que, se a teoria de Dirac estivesse correta, todos os elétrons no universo acabariam tendo uma energia negativa. (MORRIS, 1998; p. 110)
Quando um elétron subia para um nível mais alto de energia deixava um lugar vazio, e tal lugar parecia estar preenchido de energia semelhante a do próton, não poderia ser o próton já que este possui uma massa muito maior que a do elétron, então 1931 publicou um artigo em que sugeria o buraco de energia positiva seria um novo tipo de partícula. Em 1932 Carl Anderson fazendo experimentos cm raios cósmicos, comprovou a existência de tal partícula, que foi chamada de pósitron. 
Quando Dirac publicou sua teoria os físicos eram conhecedores de apenas três partículas: o próton, o elétron e o fóton, o nêutron somente foi descoberto em 1932. A partir da descoberta do nêutron, passou a acreditar-se que a matéria seria construída a partir de prótons, elétrons e nêutrons, e que esses seriam elementares, com a descoberta do pósitron, concluiu-se que toda partícula possuía uma antipartícula, então os físicos passaram a procura-las, e chegaram no que hoje é o modelo padrão de partículas.
Como os físicos encontraram um numero grande de novas partículas passaram então a tentar agrupa-las de alguma maneira. Primeiro elas foram divididas entre as que constituem a matéria conhecidae que estão sujeitas ao principio de principio de exclusão de Pauli, assim foram classificadas em férmions e bósons. 
Toda partícula possui um momento angular intrínseco, o spin. Os férmions são partículas com numero quântico de spin semi-inteiro, assim chamadas em homenagem a Enrico Fermi, são as que estão sujeitas ao principio de exclusão de Pauli, assim:
Os férmions obedecem ao principio de exclusão de Pauli, segundo o qual duas partículas não podem ocupar o mesmo estado quântico. Os bósons não obedecem ao principio de exclusão de Pauli; o mesmo estado quântico pode ser ocupado por um numero ilimitado de bósons. (HALLIDAY, RESNICK, WALKER, 2007 p. 352).
Outra classificação das partículas é em relação a interação que estão sujeitas, aqui citadas apenas a interação forte e a interação fraca. A interação fraca age sobre todas as partículas, enquanto que a forte somente em algumas, assim as partículas que estão sujeitas a interação forte são chamadas de hádrons, e as que não estão léptons. 
Os léptons não possuem estrutura interna e nem dimensões mensuráveis, são partículas pontuais. Os léptons por sua vez podem ser divididos em outras três famílias, cada uma composta por um elétron, múon ou tau e suas respectivas antipartículas e neutrinos.
Nas interações que envolvem léptons são conservados três números quânticos, conhecidos como número leptônicos, que são o numero eletrônico, o número muônico e o número tauônico. O numero eletrônico é igual a 1 para o elétron e seu neutrino, menos um para as suas antiparticulas e 0 para todas as demais partículas. O mesmo processo ocorre com os demais números leptônicos.
Os hádrons são partículas pesadas, podem ser divididas em mésons e bárions, possuem o número bariônico, que é 1 a para todos bárions, -1 para todos os antibárions e 0 para todas as outras partículas.
Tais números quânticos são sempre conservados em uma determinada reação, assim para uma reação ser possível tem que obedecer a tais leis de conservação. 
Outra propriedade de partículas que estão sujeitas a interação forte é a estranheza. Ela “é definida como a propriedade das partículas elementares que governa a velocidade em que elas decaem” (BRENNAN, 2003, p. 237). Tal propriedade foi proposta por Gell-Mann em 1953, ele chamou assim devido o fato de os experimentadores terem chamado algumas partículas de estranha, pois não se comportavam como o previsto, e com isso:
Gell-Mann explicou as taxas inesperadas de decaimento dessas novas partículas mostrando que seus estados de energia diferiam segundo o modo como cada girava, como um minúsculo planeta, em torno do seu eixo. As energias que descreveu e mediu pela primeira vez permitiram uma explicação da maior expectativa de vida que as partículas estranhas apresentavam. (BRENNAN, 2003 p. 238) 
Gell-Mann também propôs uma classificação que foi chamada por ele de caminho do óctuplo. Foi uma maneira de ordenar as partículas, assim como a tabela periódica foi proposta pra ordenar os elementos químicos. “Gell-Mann verificou que podia agrupar as partículas conhecidas em famílias de oito partículas com características similares” (BRENNAN, 2003 p. 239). As partículas de uma mesma família tinha spin e numero bariônico iguais, e massas bem próximas. Tais famílias foram chamadas de multipletos.
A classificação octal, assim como a tabela periódica , permitiu que fossem vistas as lacunas e previstas novas partículas a serem encontradas. Também sugeriu que, assim como os elementos da tabela periódica, bárions são constituídos por alguma outra coisa, já que havia um padrão em suas estruturas internas, e assim foi proposto o modelo dos quarks.
A ideia de quarks foi proposta independentemente por Gell-Mann e George Zweig, segundo eles todas as propriedades das varias partículas poderiam ser melhor entendidas se tais fossem formadas por outras partículas. Inicialmente foram propostos três tipos ou sabores de quarks: o up (u), o dawn (d) e o estranho (s). A matéria comum é composta pelos quarks up e dawn. Assim prótons e nêutrons são compostos pelos quarks ud e dawn, que possuem uma carga fracionaria em relação a carga do elétron, assim o up tem uma carga de +2/3 e o down de -1/3. O próton é formado por dois quarks up e down e o nêutron por dois quarks down e um up. O quark estranho foi proposto para explicar certas partículas que tinham a estranha propriedade de existir por um tempo maior que o previsto.
Mais tarde foram descobertos o quark charmoso (c) e o quark belo (b) e previsto o quark top (t), para criar uma representação simétrica com seis quarks. Gell-Mann também estabeleceu regras de comportamentos dos quarks, podiam se agrupar de duas maneiras: em tríades de quarks, que formam os bárions, ou em pares quark/antiquark, que compõem os mésons.
Todos os quarks têm número bariônico B= +1/3, assim o número de qualquer bárion é +1, e os antiquarks -1/3, assim os mésons, que são combinações de quarks com antiquarks, seu número barionico é zero.
O modelo de quarks e de partículas permitiu conhecimentos mais aprofundados acerca da estrutura da matéria, assim como uma nova visão acerca das interações fundamentais no micromundo.
5 CONCLUSÃO
Os estudos da matéria começaram desde de Aristóteles, séculos mais tarde com John Dalton, anos depois com John Thomson e depois com Rutherford, Bohr com seus estudos mais aprofundados constatou que a mecânica clássica não se aplicava fenômenos microscópicos, necessitando assim de uma nova forma de pensamento para a ciência surgindo assim a mecânica quântica.
Com o desenvolvimento da mecânica quântica surgiram falhas que as teorias iniciais não conseguiram explicar, provocando assim uma eminente evolução para as teorias e métodos de estudos, chegando ao que hoje é conhecido como o modelo de partículas onde a matéria era formada por quarks e as interações fundamentais são transmitidas por partículas.
Entender as questões que envolvem a estrutura geral da matéria torna-se um dos descobrimentos mais importantes para o mundo da ciência, já que os mesmos além de unir duas áreas de pesquisa até então distintas a física e a química, ela ainda pode generalizar a visão de mundo compondo um novo universo a ser pesquisado, os das partículas subatômicas.
ABSTRACT
The central idea for this article is to draw a timeline regarding the evolution of concepts concerning the principles of matter at the atomic level in order to get an overview of the ideas, theories and experiments that this study suffered for several decades involved the curiosity of many scientists. Following the statements of various atomic models that could not be explained by classical mechanics thus causing the need to evolve the concepts of matter to create the set of theories of quantum mechanics. And finally passing the focus of elementary particles, present ideas that underlie the structural concept of matter.
Keywords: Matter. Particles. Quantum Mechanics.
REFERENCIA
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HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER. Fundamentos de Física Volume 4. Rio de Janeiro: Editora LTC, 2007
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LUCIA, Ana. Física Quântica. Disponível em: < http://www.infoescola.com/fisica/quantica/> Acessado em: 20 de abril de 2014.
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NUSSENZVEIG, Moysés. Curso de Física Básica Volume 4. São Paulo: Editora Edgard Blucher, 1998.
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