TCC Eugenio - Revisado

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS – UNICAMP 
REDEFOR 
EUGÊNIO DUARTE DE ALMEIDA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O ENSINO DE FÍSICA DE PARTÍCULAS NO ENSINO 
MÉDIO 
UMA INTRODUÇÃO 
 
 
 
 
 
 SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 
 2012 
 2 
 
Universidade Estadual de Campinas – Unicamp 
Redefor 
Eugênio Duarte de Almeida 
 
 
 
 
 
 
 
 O Ensino de Física de Partículas no Ensino Médio 
Uma introdução 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Monografia de conclusão do Curso de 
Especialização em Ensino de Física da 
Universidade Estadual de Campinas sob 
a supervisão do Prof. Edson Pedro 
Cecílio Júnior.
 3 
 
 São José dos Campos 
2012 
 
 
 
Dedicatória 
 
 
Dedico este trabalho à memória de minha mãe Dirce Coser de Almeida e a meu irmão 
Mauro Duarte de Almeida Júnior que incentivaram, orientaram e possibilitaram a minha 
formação acadêmica, alicerce de minha vida profissional e dignidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Agradecimentos 
 
Agradeço à equipe de orientadores da Unicamp a oportunidade pela realização desse Curso 
de Especialização em Ensino de Física que engrandece minha formação acadêmica e a 
minha evolução profissional, em especial aos professores Tárcio Pelissoni Manfrim, Júlio 
César Guimarães Tedesco e Edson Pedro Cecílio Júnior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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“Quem disser que compreende a Mecânica Quântica é porque não a compreendeu.” 
 Niels Bohr 
 
 
 
 
 
 
 6 
 
 
 
 
 Resumo 
 
 Este trabalho tem por objetivo desenvolver, a nível introdutório, o tema de Física 
de Partículas no Ensino Médio. Por tratar-se de uma área de grande complexidade, porém, 
de fundamental importância para a compreensão do mundo científico e tecnológico atual, o 
assunto é colocado de forma conceitual, partindo-se das origens das concepções sobre a 
constituição da matéria na Grécia Antiga, seguindo a evolução dos modelos atômicos, a 
descoberta das primeiras partículas – o elétron, o próton, o neutrino e o nêutron – a 
descoberta do méson pi com a participação do físico brasileiro César Lattes, a miríade de 
novas partículas surgidas a partir da metade do século XX, a teoria dos quarks , os 
hádrons, léptons e bósons formando o Modelo Padrão, os aceleradores de partículas, o 
LHC e culminando com a possível detecção do bóson de Higgs nesse último, anunciada no 
início de julho de 2012. São apresentadas atividades e trabalhos a serem desenvolvidos 
pelos alunos para consolidar o seu aprendizado sobre esses importantes conceitos. 
 
Palavras-chaves: Física de Partículas, átomo, quarks, hádrons, léptons, bárions , mésons, 
bósons, interações fundamentais, antipartículas, acelerador de partículas. 
 
 
 
 
 7 
 
 
 
 
 Abstract 
 
This work aims to develop at introductory level, the theme of Particle Physics in High 
School. As this is an area of great complexity, but of fundamental importance for the 
understanding of current scientific and technological world, it is approached in a 
conceptual way, starting with the origins of the conceptions of the constitution of matter in 
Ancient Greece following the evolution of atomic models, the discovery of the first 
particles - the electron, the proton and the neutron - the discovery of pi meson with the 
participation of the brazilian physicist Cesar Lattes, a myriad of new particles arising from 
the mid-twentieth century, the theory of quarks, hadrons, leptons and bosons forming the 
Standard Model, particle accelerators, the LHC and culminating with the possible detection 
of the Higgs boson in the latter announced in early July, 2012. Activities and works are 
presented to be developed by the students to consolidate their learning about these 
important concepts. 
 
Keywords: Particle Physics, atoms, quarks, hadrons, leptons, barions, mesons ,bosons, 
fundamental interactions, antiparticles, particle accelerator. 
 
 
 
 
 8 
 
 
 SUMÁRIO 
 
1- Introdução .............................................................................................................. 10 
2- Desenvolvimento.................................................................................................... 11 
2.1- Concepções sobre a constituição da matéria.................................................... 11 
2.2- O Atomismo Grego..............................................................................................12 
2.3- Modelos Atômicos e Partículas Subatômicas................................................... 12 
2.3.1- O Átomo de Dalton...........................................................................................13 
2.3.2- A Descoberta do Elétron e o Modelo Atômico de Thomson........................ 14 
2.3.3- A Descoberta do Próton...................................................................................15 
2.3.4- O Modelo Atômico de Rutherford..................................................................16 
2.3.5- O Modelo Atômico de Bohr............................................................................ 17 
2.3.6- A Descoberta do Neutrino e do Nêutron........................................................17 
2.3.7- O Modelo Atômico Atual.................................................................................18 
3- O Enigma da Estabilidade Nuclear: O Méson Pi e César Lattes.......................18 
4- A Teoria dos Quarks.............................................................................................. 19 
4.1 – Propriedades Fundamentais..............................................................................22 
5- Antipartículas..........................................................................................................24 
6- Hádrons e Léptons...................................................................................................24 
6.1- Hádrons.................................................................................................................24 
6.2 - Léptons................................................................................................................. 25 
7- Bósons e as Interações Fundamentais...................................................................26 
 9 
 
8- O Modelo Padrão....................................................................................................30 
9- Aceleradores de Partículas....................................................................................30 
9.1- Acelerador Linear (Linac)..................................................................................31 
9.2- Cíclotron...............................................................................................................33 
9.3- Síncrotron............................................................................................................ 33 
9.4- O LHC (Large Hadron Collider).......................................................................35 
10- O Bóson de Higgs.................................................................................................38 
11- Atividades com alunos.........................................................................................39 
11.1- Atividade 1: Seminários sobre Física de Partículas...................................... 39 
11.2- Atividade 2: Video: Cientistas Brasileiros-César Lattes e J.L. Lopes.........41 
11.3- Atividade 3: IdentificandoPartículas............................................................ 41 
11.4- Atividade 4: Jogo de Cartas do Modelo Padrão............................................43 
11.5- Atividade 5: Jogo de Cartas “Quarkle”.........................................................44 
11.6- Atividade 6: Simulação de um Acelerador Linear........................................44 
12- Considerações Finais...........................................................................................44 
13- Referências Bibliográficas..................................................................................45 
13.1- Sugestões de Leitura .......................................................................................47 
13.2- Sites Consultados............................................................................................. 47 
14- Anexos..................................................................................................................48 
14.1- Anexo 1: Quiz sobre o Video da Atividade 2.................................................48 
14.2- Anexo 2: Regras e Cartas do Jogo do Modelo Padrão.................................50 
14.3- Anexo 3: Regras e Cartas do Jogo “Quarkle”..............................................51 
 
 
 10 
 
 
 1- Introdução 
 
 A curiosidade natural do ser humano conferida pelo seu poder de raciocínio e ima- 
ginação levou-o, desde eras primevas, a buscar um entendimento sobre a sua existência e a 
de todas as coisas ao seu redor. Nesse contexto, a própria matéria, base de todos os objetos 
palpáveis, animados ou inanimados e manifestada sob múltiplas formas, cores e texturas 
torna-se alvo de indagações fundamentais: de onde proveio ? por que possui as proprie- 
dades que conhecemos ? de que é, essencialmente, constituída em seu aspecto mais ele- 
mentar ? qual a razão de toda essa diversidade com que ocorre ? As respostas a essas e 
muitas outras questões a respeito da matéria tem uma longa e fascinante história perpassan- 
do séculos e atraindo a atenção e o talento intelectual dos maiores luminares do conheci- 
mento humano que, na busca por explicações, dedicaram-lhes grande parte de suas vidas 
através do pensamento e da experimentação. 
 Começando com os filósofos gregos, eminentemente teóricos e chegando ao Modelo 
Padrão da Física de Partículas e à maior máquina construída na história humana – o LHC – 
produto da mais sofisticada tecnologia é apresentada nesse trabalho uma síntese das 
melhores respostas que temos até o presente para aquelas indagações primordiais, com 
propostas variadas de atividades a serem executadas pelos alunos sobre os temas 
abordados. 
 
 
 
 
 11 
 
 
 
 2– Desenvolvimento 
 
 
 2.1 – CONCEPÇÕES SOBRE A CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA 
 
 
Encontramos, em diversas culturas e desde eras remotas, uma variedade de concepções 
sobre a natureza do mundo, da matéria e dos fenômenos observados. Estes, muitas vezes, 
eram miticamente tratados como divindades ou efeitos de sua ação. 
Foi na Grécia Antiga, a partir do século V a.C. que começaram a surgir inter-pretações 
despojadas desse caráter mítico e embasadas na observação da composição e dinâmica 
fenomenológica da natureza. No contexto dessa mentalidade, diversos filósofos buscaram 
uma sistematização explicativa sintética de todas as coisas do mundo (inclusive de si 
próprios) através de teorias que estabeleciam elementos e regras fundamentais que 
abarcavam toda a variedade de seres e transformações. 
 Pela observação da própria constituição do planeta e de seus entes naturais, Tales de 
Mileto conclui que a água era a matéria prima de todas as coisas; Anaxímenes consi dera o 
ar como o elemento mais essencial (a água seria derivada de sua condensação); Xenófanes 
elege a terra como substância primordial e Heráclito, o fogo. Platão, grande filósofo e 
geômetra, associa os quatro elementos a formas poliédricas – a terra ao cubo, o fogo ao 
tetraedro, o ar ao octaedro e a água a icosaedro – numa antevisão incipiente de algo que 
hoje é bem conhecido pelos físicos e químicos: os diferentes tipos de substâncias são 
constituídos por moléculas cujas propriedades são funções de sua geometria. 
 Aristóteles promove a integração de todas essas ideias em sua teoria dos quatro 
elementos acrescentando o éter, o qual perdurou até o século XX quando foi descartado 
pelo experimento de Michelson e Morley. Aristóteles, ao juntar os quatro elementos em 
 12 
 
uma mesma teoria, cria o conceito de “lugar natural” através do qual procura dar um 
sentido para a dinâmica dos movimentos dos corpos (a queda de uma pedra ocorre porque 
o seu lugar natural é embaixo, no centro; a fumaça sobe porque o lugar natural dos gases é 
em cima, no céu; a chuva cai porque a água deve ficar sobre a terra e o fogo sobe porque 
seu lugar natural é o Sol, que fica em cima). 
 Leucipo e seu grande discípulo, Demócrito, estabelecem a teoria que constitui um 
dos fundamentos de nossas atuais concepções sobre a matéria: o atomismo. 
 
2.2 – O ATOMISMO GREGO 
 
 Com Leucipo e Demócrito, temos a criação do conceito de átomo (“indivisível”) e 
de um sistema materialista que pode ser sintetizado através das seguintes ideias: 
- toda a matéria, incluindo os seres vivos, é formada por átomos, em diferentes proporções. 
- os átomos diferenciam-se pela sua massa e forma, são eternos e imutáveis. 
- entre um átomo e outro há espaço vazio. 
- toda transformação (“devenir” - vir a ser) é ocasionada pelo movimento de átomos no 
espaço vazio . 
- os átomos que constituem os sujeitos (almas) são de natureza ígnea – mais finos, rápidos 
e escorregadios. 
 Nesse sistema, toda a mecânica da natureza, incluindo o psiquismo, são reduzidos a 
movimentos de átomos. 
 
2.3 – MODELOS ATÔMICOS E PARTÍCULAS SUBATÔMICAS 
 Nos séculos seguintes ao atomismo de Leucipo e Demócrito, a velha teoria dos 
quatro elementos persistiu por muito tempo. Embora seja comum encontrarmos, nos livros 
 13 
 
didáticos, um salto cronológico do atomismo grego do século V a.C. à teoria atômica de 
John Dalton na Inglaterra do século XIX quando se desenvolve o tema dos modelos 
atômicos (o que causa a falsa impressão de que nesse interlúdio o atomismo não foi objeto 
de hipótese de outros pensadores, embora preterido em favor de outras ideias), é 
importante citar, portanto, que a ideia de átomo foi considerada por Galileu Galilei: 
“Galileu não desconhecia a teoria atômica, tanto que, em sua obra Il 
Saggiatore (O Experimentador), publicada em 1623, admite ser possível chegar a 
uma teoria corpuscular para fenômenos físicos e desenvolve uma teoria corpuscular 
para o calor e para a luz; usa, inclusive, o termo átomo para a luz, pois interpreta a 
luz como sendo formada por partículas (CARUSO; OGURI, 2006). Em sua obra, 
Diálogo, publicada em 1632, ele apresenta os átomos como entidades sem forma, 
puramente matemáticas”
.(Projetando o ensino de partículas elementares e interações fundamentais no ensino médio, Lisiane Araujo 
Pinheiro, Sayonara Salvador Cabral da Costa, Marco Antonio Moreira, XVIII Simpósio Nacional de Ensino 
de Física, SNEF 2009) 
 
 2.3.1 - ÁTOMO DE DALTON 
 
 No entanto, é partir de John Dalton que a teoria atômica é aplicada com grande 
sucesso para desvendar os segredos das leis das combinações químicas (lei das proporções 
múltiplas). Para isso, Dalton estabeleceu as seguintes hipóteses atômicas: 
- Os átomos são partículas reais, descontínuas e indivisíveis de matéria, e permanecem 
inalterados nas reações químicas 
- Os átomos de um mesmo elemento são iguais entre si. 
- Os átomos de elementos diferentes são diferentes entre si. 
 14 
 
- Na formação dos compostos, os átomos entramem proporções numéricas fixas 1:1, 1:2, 
1:3, 2:3, 2:5 etc.; 
- O peso do composto é igual à soma dos pesos dos átomos dos elementos que o 
constituem. 
(Química na Abordagem do Cotidiano, Volume 1, Tito & Canto, Editora Moderna, 1997). 
 Com esse modelo atômico de Dalton, temos o átomo como partícula fundamental da 
natureza explicando de forma bem sucedida resultados empíricos da Química. 
 
 
(Modelo Atômico de Dalton: esferas rígidas, diferentes no tamanho e massa, conforme o elemento 
químico) 
 
 2.3.2 – DESCOBERTA DO ELÉTRON E O MODELO ATÔMICO DE THOMSON 
 
 No final do século XIX, experimentos com descargas elétricas em tubos de gases 
rarefeitos (ampola de Crookes ou tubo de raios catódicos) realizados por Joseph John 
Thomson, em 1897, demonstraram a existência de partículas de carga negativa emitidas 
pelo filamento aquecido do tubo. Essas partículas já haviam sido previstas por George 
Johnstone Stoney: eram os elétrons. Desta forma, tem-se uma primeira partícula mais 
elementar do que o átomo. 
 15 
 
 
 (Modelo de Ampola de Crookes: à esquerda o filamento emissor de elétrons) 
 A partir da descoberta do elétron, Thomson estabelece o seu Modelo Atômico do 
Pudim de Passas (ou Ameixas): um átomo com elétrons uniformemente distribuídos 
através de uma massa de carga positiva. 
 
 
 (Modelo de Thomson: “pudim de passas ou ameixas” – uma massa positiva com elétrons 
incrustados) 
 
2.3.3 – A DESCOBERTA DO PRÓTON 
 Em 1886, utilizando o mesmo tubo de raios catódicos, porém, com o cátodo 
perfurado, Eugen Goldstein observa a emissão de um feixe de raios em sentido oposto ao 
dos raios catódicos, que denominou raios canais. Pelo seu movimento, deduziu que esses 
raios tinham carga oposta à dos raios catódicos, ou seja, positiva. No entanto, não soube 
interpretar sua natureza, o que só foi resolvido 12 anos depois por Wilhelm Wien que 
determinou que os raios canais eram constituídos de hidrogênio ionizado. Associando a 
 16 
 
seus estudos publicados sobre desintegração radioativa, em 1919, Ernest Rutherford 
concluiu que a partícula constituinte dos raios canais são os prótons. Temos então mais 
uma partícula fundamental que, juntamente com o elétron, desvendou a origem das cargas 
elétricas. 
2.3.4 – MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD 
 Em seu famoso experimento de bombardeamento da lâmina de ouro com partículas 
alfa (espalhamento, 1911), Rutherford concluiu que a maior parte do átomo é composta de 
espaço vazio, com um núcleo positivo e de diâmetro dez mil vezes menor que o do próprio 
átomo e concentrando praticamente toda a sua massa. Em torno desse núcleo, os elétrons 
orbitam, tal como os planetas em torno do Sol – tem-se assim o Modelo Atômico 
Planetário. A sua falha está no fato de que os elétrons, acelerados em torno do núcleo, 
emitiriam energia eletromagnética e colapsariam nesse núcleo, problema que Rutherford 
não conseguiu solucionar. 
 
 
 (Modelo de Rutherford: o átomo como um sistema solar) 
 
 
 
 17 
 
2.3.5 – MODELO ATÔMICO DE BOHR 
 Niels Bohr, em 1913, no intuito de resolver o problema do modelo planetário de 
Rutherford postulou que os elétrons ocupam, em torno do núcleo atômico, órbitas onde sua 
energia é quantizada e de tal forma que, nelas, não emitem radiação, permanecendo 
estáveis. No entanto, Bohr não conseguiu explicar seus postulados adequadamente. 
 
 (Modelo de Bohr: os elétrons ocupam órbitas circulares e estáveis, onde não irradiam) 
 
2.3.6 – A DESCOBERTA DO NEUTRINO E DO NÊUTRON 
 Em 1930, Wolfang Pauli, equacionando as energias emitidas no fenômeno da 
radiação beta, concluiu que a grande variedade de valores obtidos poderia ser explicada 
pela existência de uma partícula eletricamente neutra que carregaria parte da energia. Essa 
partícula viria a ser batizada de neutrino por Enrico Fermi. 
 Em 1932, James Chadwick, num experimento de bombardeio de amostras de berílio 
com partículas alfa, detectou a emissão de uma radiação eletricamente neutra, 
comprovando experimentalmente a existência do nêutron, já previsto teoricamente por 
Rutherford em 1920. Com o nêutron, passou-se a ter, até então, três partículas 
fundamentais constituintes do átomo, agrupadas de forma a ter-se um núcleo com prótons e 
nêutrons (chamados, portanto, de núcleons) e elétrons dispostos ao redor desse núcleo 
 18 
 
constituindo a eletrosfera, organizada em orbitais dispostos em ordem crescente de energia 
(diagrama de Pauling). 
2.3.7 – MODELO ATÔMICO ATUAL 
 Reúne diversas características, destacando-se a interpretação probabilística de 
orbital (região onde há maior probabilidade de se encontrar um elétron), o Princípio da 
Incerteza de Heisenberg (impossibilidade de determinar simultaneamente e com grande 
precisão a posição e momentum de uma partícula qualquer), o conceito de partícula-onda 
(de Broglie) e a descrição matemática pela equação de onda de Schrödinger. Novas e 
numerosas partículas subatômicas responsáveis por diversas interações passam a ser 
descobertas, cada uma delas como resposta a uma nova indagação surgida na interpretação 
da microfísica atômica. 
 
 (Modelo Atual: orbitais s, p,d, f,...) 
 
3 - O ENIGMA DA ESTABILIDADE NUCLEAR: O MÉSON PI E CÉSAR LATTES 
 Uma vez estabelecido o modelo atômico com prótons e nêutrons formando um 
núcleo, a questão imediata que se levantou foi: como é mantida a estabilidade desse núcleo 
se os prótons estão sujeitos à repulsão coulombiana ? 
 19 
 
 Trabalhando teoricamente esse problema, o físico japonês Hideki Yukawa postulou, 
em 1935, a existência de uma partícula de massa intermediária entre o próton e o elétron (a 
qual, por isso, batizou de “méson” ) e que seria responsável pela ligação entre os prótons e 
os nêutrons originando a força nuclear forte que atua nos domínios das dimensões do 
núcleo atômico (da ordem de 10
-15
 m), onde supera a força coulombiana de repulsão. 
 A detecção do primeiro tipo de méson descoberto (o méson pi ou píon) veio a ter a 
participação do físico brasileiro César Lattes (Cesare Mansueto Giulio Lattes, 1924 – 
2005). Esse méson foi inicialmente detectado através de rastros deixados em emulsões 
fotográficas expostas ao bombardeio de radiação cósmica no Pic du Midi, nos Pirineus 
(França), a 2 800 m de altitude e no Monte Chacaltaya, na Bolívia, a 5 500 m. Lattes 
revolucionou a técnica de elaboração da emulsão fotográfica acrescentando-lhe o 
tetraborato de sódio (bórax), o que aumentava bastante o tempo de duração das imagens 
nas chapas. Nessa época, Lattes trabalhava na equipe de Cecil Frank Powell, Giuseppe 
Occhialini e H. Muirhead na Universidade de Bristol, Inglaterra. Posteriormente, em 
trabalho com Eugene Gardner, na Universidade de Berkeley, participou da detecção de 
mésons pi produzidos pela colisão de partículas alfa contra núcleos de carbono no 
acelerador cíclotron daquela instituição. Dessa forma, foi comprovada a existência do 
méson pi, porém, apenas Cecil Powell foi laureado com o Prêmio Nobel, em 1950. 
 20 
 
 
 
 
 
 (Lattes explicando a descoberta do méson pi e com o autor deste trabalho em palestra de 
14 de agosto de 1999, na cidade de Rio Claro – SP) 
 
 
 
 21 
 
4 – A TEORIA DOS QUARKS 
 Por volta de década de 1950, já era grande o número de partículas que constituema 
“fauna” subatômica. Na década de 1960, esse número já era quase o mesmo que o de 
elementos da tabela periódica, o que leva os físicos Murray Gell-Mann e George Zweig, 
em 1964, a propor que muitas dessas partículas (hádrons e bárions), são formadas por 
partículas mais elementares – os quarks (termo que Gell-Mann extraiu do romance 
Finnegans Wake, de James Joyce). 
 Os quarks são de seis tipos: up (u), down (d), top (t), bottom(b), charm (c) e 
strange(s) sendo que nas condições de temperatura de nosso atual Universo temos apenas 
os quarks up e down; os demais só ocorrem em experimentos de alta energia produzidos 
em acelera- dores de partículas. 
 
 (Quarks: up, down, top, bottom, charm, strange) 
 
 Os quarks apresentam carga elétrica que corresponde a uma fração da carga 
elétrica elementar (e = 1,6.10
-19
 C) : +/- 1/3.e ou +/- 2/3.e 
 22 
 
 
 Desta forma, um próton, que possui carga +1e ou um nêutron que possui carga 
nula são constituídos, respectivamente, de 2 quarks up e um quark down (uud) e 1 quark up 
e dois quarks down (udd). 
 
 
 (Modelo dos Quarks: próton: uud e nêutron: udd) 
 
4.1 – PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS 
 As partículas subatômicas apresentam diversas propriedades que explicam os fenômenos 
que ocorrem na microescala da matéria. Na tabela seguinte, são descritas algumas delas: 
 
 
 23 
 
 
 Propriedades 
 
 
 Significados 
 
 
 Massa 
 
 
 
 
Corresponde à energia de repouso da partícula 
expressa através da relação m = E /c² = MeV/c² 
 
 
 
 Carga Elétrica 
 
 
Propriedade fundamental que gera a interação 
eletromagnética, expressa na unidade coulomb 
(C) tendo por valor de referência e = 1,6.10
-19
 C 
 
 
 
 
 Spin 
 
 
Grandeza associada ao sentido do vetor momen-
to magnético da partícula. Figurativamente, 
apresentado como um sentido de rotação “para a 
direita” ou “para a esquerda”, podendo assumir 
valor inteiro ou fracionário. 
 
 
 
 
 
 Paridade 
 
 
 
 
Grandeza associada à mudança de sinal da 
função de onda que descreve a partícula quando 
ocorre mudança de sinal em suas coordenadas 
espaciais. Se estas trocam o sinal e a função não, 
então a função é par; caso contrário, a função é 
ímpar. 
 
 
 
 
 Carga de cor 
 
 
 
 
 
Propriedade associada à interação entre os 
quarks (interação forte) através dos glúons. É 
análoga da carga elétrica, porém, no domínio do 
núcleo atômico. 
 
 
 Carga de sabor 
 
 
 
Propriedade associada a um número quântico 
que é conservado na interação forte, porém, não 
na interação fraca 
 
 
 Estranheza 
 
 
 
Propriedade associada a um número quântico 
que descreve a decomposição de partículas e 
quarks e antiquarks em interações fortes e 
eletromagnéticas. 
 
 
 
 
 
 
 24 
 
5 – ANTIPARTÍCULAS 
 Toda partícula tem sua correspondente antipartícula, de mesma massa, paridade e 
mesmo spin, porém, carga elétrica oposta. Quando uma partícula e sua antiparticula se 
encontram, ocorre um aniquilamento com a produção de energia. Por exemplo, a anti-
partícula do elétron (e
-
) é o pósitron ( e
+
): quando ambos colidem, são destruídos e 
transformados em radiação gama: 
 e
-
 + e
+
 γ 
 Processo similar ocorre com outros pares partícula-antiparticula. 
 
 
 
6 – HÁDRONS E LÉPTONS 
6.1 - HÁDRONS 
 São partículas formadas por um quark e um antiquark (méson) ou três quarks 
(bárions). Dessa forma , temos, por exemplo: 
- um próton (p) é um hádron do tipo bárion pois é formado por dois quarks up e um quark 
down (uud). 
- o píon positivo ( π
+
) é um hádron do tipo méson pois é formado por um quark up e um 
antiquark down (ud) 
 25 
 
 
 (Hádrons: formados por um quark e um antiquark ou por três quarks) 
 6.2 - LÉPTONS 
 São partículas elementares em si mesmas, não sendo constituídas de quarks. Porém, 
tal como esses, existem em seis tipos: elétron, neutrino do elétron, múon, neutrino do 
múon, tau e neutrino do tau. 
 Os quarks e léptons, possuem spin fracionário e são chamados de férmions e 
obedecem ao Principio de Exclusão de Pauli. 
 Hádrons e léptons desempenham um papel estrutural na matéria (1ª geração) 
 
 
 (Família dos léptons) 
 
 
 
 26 
 
7- BÓSONS E AS INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS 
 São partículas que desempenham o papel de mediadoras de processos de interação 
entre outras partículas, não possuem estrutura interna e seu spin é inteiro. 
 Os bósons são: o glúon (g), o fóton (γ), e as partículas W
+
, W
-
 e Z
0
. O gráviton (G) 
ainda é puramente teórico uma vez que não foi detectado. 
 Através dos bósons, podemos compreender a estrutura conceitual da Física de 
Partículas para as quatro forças fundamentais que governam todos os processos físicos do 
Universo: força eletromagnética, força gravitacional, força nuclear forte e força nuclear 
fraca. 
 Deste modo, temos as seguintes relações: 
 - Os glúons atuam entre os quarks, prótons e nêutrons, produzindo a força nuclear 
forte, de domínio restrito à distâncias da ordem de 10
-15 
m. A propriedade dos quarks que 
permite a sua interação através dos glúons é denominada carga-cor e são o vermelho, verde 
e azul. Entre os antiquarks, vale uma propriedade semelhante com as cores ciano, magenta 
ou amarelo, complementares às dos quarks, respectivamente. 
 
 
 - Os fótons atuam entre partículas carregadas eletricamente, produzindo a atração ou 
repulsão eletromagnética (força coulombiana). Esses fótons mediadores são denominados 
fótons virtuais, de duração muito pequena. 
 
 27 
 
 
 
 (fóton virtual – γ – intermediando a repulsão coulombiana entre elétrons) 
 
- Os Bósons W
+
, W
-
 e Z
0
 são mediadores da força nuclear fraca: os W
+
 para as partículas 
carregadas negativamente ou W
-
 para as partículas carregadas positivamente. formando as 
chamadas correntes carregadas. Os bósons Z são neutros e, portanto, atuam em interações 
fracas de partículas de carga nula, formando as correntes neutras. Tais bósons são muito 
massivos (o bóson Z tem massa 22 mil vezes maior que um quark up) o que os torna lentos 
e menos eficientes em sua atuação como mediadores, em razão do que a força nuclear fraca 
atua num raio cerca de mil vezes menor (10
-18
 m) do que o da força nuclear forte. A força 
nuclear fraca atua produzindo a fissão de partículas, tendo-se como exemplo clássico a 
cisão do nêutron no decaimento beta, produzindo-se um próton, um elétron e um 
antineutrino com intermediação de um bóson W. 
 
(Decaimento beta: um quark down do nêutron se decompõe em um próton e um bóson W 
que rapidamente se transforma em um elétron de alta energia – partícula beta – e um 
antineutrino) 
 
 28 
 
 
 (decaimentos onde aparecem os bósons W+, W- e Z0)- O gráviton é considerado o mediador da interação gravitacional, porém, ainda não foi 
detectado experimentalmente. O Brasil participa do esforço de detecção do gráviton 
através do Projeto Ômega, que consiste de três detectores esferoidais de nomes Schenberg, 
Newton e Einstein, que formarão o Laboratório Brasileiro de Ondas Gravitacionais. 
(http://questcosmic.wordpress.com/2012/09/19/na-onda-do-graviton-revista-fapesp-2001/) 
 
 
 
 (Família dos Bósons) 
 As figuras que representam as interações entre os diversos tipos de partículas são 
conhecidas por Diagramas de Feynman: são diagramas espaço-temporais (o eixo x representa o 
espaço e o eixo y representa o tempo) onde: 
http://questcosmic.wordpress.com/2012/09/19/na-onda-do-graviton-revista-fapesp-2001/
 29 
 
- linhas retas representam férmions. 
- linhas onduladas representam bósons. 
-vértices (junções de três linhas) representam interações onde devem ser conservados o 
momentum a energia, a carga elétrica e o spin das partículas que entram e saem. 
 São uma forma simples e rápida de se representar as interações e fornecem um roteiro 
de cálculo bastante prático na estrutura da eletrodinâmica quântica, onde são estudadas. 
 Richard Phillips Feynman (1918 – 1988) teve uma interessante passagem pelo Brasil 
na década de 50, tendo lecionado no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) a 
convite do físico Jayme Tionmo. Feyman era aficionado por percussão, tocava bongô e 
desfilou num bloco carioca (Inocentes de Copacabana) como tocador de tamborim. O 
bloco sagrou-se campeão do carnaval de 1952. Fez uma pertinente crítica à educação 
brasileira, depois de ter conhecido nossas escolas e estudantes, observando a falta de um 
ensino reflexivo e com ênfase na memorização de conceitos sem a devida compreensão de 
seu significado, num artigo intitulado “O americano, outra vez !”. 
 Nesse artigo, Feynman escreve: “(...) eu disse que não conseguia entender como 
alguém podia ser educado neste sistema de autopropagação, no qual as pessoas passam as 
provas e ensinam os outros a passar nas provas, mas ninguém sabe nada.” 
 (http://telis.edugraf.ufsc.br/apliques/2005-1/melga/Feynman_OAmericanoOutraVez.pdf) 
 Hoje, mais de meio século depois, essa estrutura ainda se mantém, apesar das 
reformas na LDB (Lei de Diretrizes e Bases da Educação) e da criação dos PCNs 
(Parâmetros Curriculares Nacionais) que preconizam mudanças de qualidade no ensino 
enfatizando o desenvolvimento do pensamento crítico aliado ao senso de cidadania. As 
iniciativas ainda são pontuais e incipientes, tanto na rede pública (que padece de outras 
http://telis.edugraf.ufsc.br/apliques/2005-1/melga/Feynman_OAmericanoOutraVez.pdf
 30 
 
mazelas agravantes) quanto na rede particular (onde predomina a ênfase na preparação 
para os vestibulares). 
 
8 - O MODELO PADRÃO 
 A descrição da composição da matéria e das interações fundamentais através desse 
conjunto de partículas constitui o chamado Modelo Padrão das Partículas Elementares, 
desenvolvido a partir de 1967 por Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg. 
 
 (Modelo Padrão das Partículas) 
Esse modelo ainda não está completo; além do gráviton, falta ainda o chamado Bóson de 
Higgs, responsável pela massa de partículas que a possuem. 
 
9- ACELERADORES DE PARTÍCULAS 
 A descoberta de muitas novas partículas previstas teoricamente ocorre em 
equipamentos denominados de aceleradores de partículas. 
 O princípio geral dos funcionamento de um acelerador de partículas consiste em se 
produzir em uma determinada fonte (gás ionizado, amostra de material radioativo , cátodo 
emissor de elétrons) um feixe de partículas (prótons, elétrons, nêutrons, íons) de alta 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Sheldon_Glashow
http://pt.wikipedia.org/wiki/Abdus_Salam
http://pt.wikipedia.org/wiki/Steven_Weinberg
 31 
 
energia (MeV, GeV, TeV) concentrado em um pequeno volume e que pode ser utilizado 
para bombardear um alvo fixo ou choca-se contra si mesmo, dependendo do modelo de 
acelerador utilizado. 
 Do ponto de vista da geometria, há essencialmente dois tipos de aceleradores de 
partículas: o linear e o circular (ou cíclico). 
 
9.1 –ACELERADOR LINEAR (LINAC) 
 Um acelerador linear promove a aceleração das partículas quando atravessam as 
diferenças de potenciais elétricos estabelecidos entre seus eletrodos. 
 Como exemplos de aceleradores lineares, podemos citar desde o simples gerador 
de van de Graaf , o tubo de raios catódicos dos aparelhos de televisão ou monitores de 
vídeo ao gigantesco SLAC (Stanford Linear Accelerator, Illinois, EUA) que acelera o feixe 
de elétrons a 22 GeV e tem 3,2 km de comprimento. 
 Os aceleradores lineares de grande porte utilizam longos tubos divididos em seções 
de diferentes comprimentos e conectadas a alternadores que promovem uma variação na 
polaridade dessas seções de modo que as partículas são sempre atraídas pela seção 
seguinte, de carga oposta, adquirindo energia cinética crescente. 
 Utiliza-se também o método das ondas eletromagnéticas estacionárias no interior do 
tubo, que transferem energia para as partículas, acelerando-as. 
 
 
 (esquema de uma acelerador linear: o feixe de partículas é acelerado por alternância nas 
polaridades dos tubos de tamanhos variáveis) 
 32 
 
 
 Aceleradores lineares podem ser usados não apenas na pesquisa de partículas, mas 
para se estudar a estrutura de materiais, produzir fármacos, tratamento de câncer, etc. 
 A USP possui um acelerador linear – o Pelletron – que é uma versão evoluída de um 
acelerador tipo van de Graaf (tipo Tandem)
 
 
 (esquema do Pelletron da USP, em foto de 22/10/2010) 
 
 (Pelletron – USP, 22/10/2010) 
 
 33 
 
 Os aceleradores circulares (ou cíclicos) são de dois tipos: cíclotron e síncroton. 
 
 9.2- CÍCLOTRON 
 Inventado em 1929 por Ernest O. Lawrence, consiste de duas caixas ocas 
(evacuadas) com formato de “D” que funcionam como eletrodos e são colocadas entre 
os polos de um eletromagneto, sendo atravessadas por um campo magnético 
perpendicular ao plano dos “des”. Uma fonte de íons é colocada no centro do aparelho; 
os íons liberados são acelerados em trajetórias espirais devido à existência do campo 
magnético e à alternância na polaridade dos “des” que, para essa finalidade, são ligados 
a um oscilador de rádio frequência. 
 
 
 
 (esquema de um cíclotron) 
 
9.3- SÍNCROTRON 
 Num acelerador síncrotron (sincro = sincronizado) o feixe de partículas é mantido 
estável em uma trajetória circular pela sincronização entre as frequências de oscilação 
do campo elétrico (que acelera o feixe) e do campo magnético (que confina e deflete o 
feixe garantido a forma circular) com a frequência de revolução do feixe de partículas. 
 Um síncrotron acelera partículas com energias da ordem de GeV a TeV. 
 34 
 
 São destaque o Tévatron, do Fermilab (EUA), com uma circunferência de 6,3 km 
e energias até 1 TeV e o maior de todos, o LHC (Large Hadron Collider), entre a França 
e a Suíça, que pode atingir energias até 14 TeV. 
 
 
 (Tévatron – Fermilab, Batavia, Illinois, EUA) 
 
 No Brasil, temos o LNLS, Laboratório Nacional deLuz Síncrotron, situado na 
Unicamp (Universidade de Campinas), um projeto nacional e que é utilizado em pes- 
quisas e aplicações em diversas áreas: medicina, farmacologia, materiais, eletroni- 
ca,nanotecnologia, alimentação, paleontologia, etc. No caso, a luz síncrotron é pro- 
duzida pela aceleração de elétrons e sua interação com a matéria produz efeitos va- 
riados, conforme o tipo de material utilizado. 
 O LNLS é único na América Latina e pioneiro no hemisfério sul, produzindo 
feixes de elétrons com energias de 1,37 GeV a 3 GeV , no novo projeto. 
 
 35 
 
 
 (LNLS – Labortório Nacional de Luz Síncrotron – Unicamp) 
 
9.4- O LHC (LARGE HADRON COLLIDER) 
 Em português, Grande Colisor de Hádrons, é o maior acelerador de partículas 
síncrotron do mundo e a maior máquina construída na história da humanidade, fazendo 
parte do CERN (sigla francesa para Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) e situado 
entre a França e Suiça. Faz parte de um consórcio de 20 países. 
 Tem um anel principal de 27 km de circunferência, subterrâneo (100 m abaixo da 
superfície), utilizando ímãs refrigerados a -271,25°C (1,9 K) para confinar feixes de 
prótons que viajam a 99,99 % da velocidade da luz com energias de até 14 TeV. Possui 
seis detectores que analisam diferentes parâmetros das colisões entre os prótons: 
ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus, mede o momento das partículas; CMS (Compact 
Muon Solenoid, mede aspectos gerais das subpartículas geradas nas colisões; ALICE 
(A Large Ion Collider Experiment) , projetado para estudar colisões de íons de ferro que 
produzem quarks e glúons; LHCb (Large Hadron Collider beauty), que detecta 
antimatéria através da partícula quark beauty; LHCf (Large Hadron Collider for ward) 
que simula colisões idênticas às dos raios cósmicos e, finalmente, o TOTEM (Total 
 36 
 
Elastic and diffractive cross section Measurement) que medirá parâmetros da seção de 
choque do feixe de prótons, seu tamanho e a precisão das colisões. Todo esse 
equipamento tem capacidade de produzir 15 petabytes de dados por ano e necessita de 
uma rede de computadores para ser analisados. 
 O LHC entrou em funcionamento no dia 10 de setembro de 2008 e foi 
interrompido nove dias depois, em 19 de setembro, devido a um vazamento de hélio 
utilizado para resfriar os ímãs que produzem o campo magnético, ficando fora de 
operação por vários meses. 
 A entrada do LHC em operação provocou uma onda de especulações fantasiosas 
sobre possíveis efeitos catastróficos como a criação de partículas estranhas (strangelets 
ou strange quarks) que poderiam gerar um buraco negro e destruir o planeta e mesmo o 
surgimento de partículas que produziriam um monopolo magnético que também 
provocariam destruição da matéria do planeta devido ao desequilíbrio magnético 
ocasionado. Na Índia , uma menina de 16 anos cometeu suicídio pelo medo causado por 
essas notícias, num mau exemplo do que o sensacionalismo irrefletido e a 
desinformação podem acarretar. 
 Dois dos objetivos do LHC são: recriar as condições que deram origem ao Big 
Bang, o instante do surgimento do Universo, e encontrar a partícula Bóson de Higgs. 
 
 (Vista aérea da região do CERN e do LHC, entre Genébra, Suíça e Prévessin, França) 
 37 
 
 
 
 (Vista de uma parte do interior do anel principal do LHC, em construção) 
 
 
 (Parte da grande equipe de cientistas e técnicos do LHC) 
 
 
 38 
 
10- O BÓSON DE HIGGS 
 
 
 Previsto teoricamente em 1964 por Peter Higgs, essa partícula constitui o 
quantum de um campo que preenche todo o espaço vazio do Universo, denominado 
“campo de Higgs” , surgido um trilionésimo após o Big Bang e que explica a origem da 
massa das partículas (daquelas que a possuem). As partículas, no início do Universo 
seriam todas iguais e só adquiriram massa devido ao surgimento desse campo. 
 O bóson de Higgs tem sido procurado de forma semelhante à utilizada na busca 
de inúmeras outras partículas: pela forma apresentada por seu decaimento e revelada 
num acelerador de partículas (no caso, o LHC ou o Tévatron). No caso, a teoria prevê 
diversas possibilidades de decaimento para esse bóson, dependendo da energia utilizada 
para produzi-lo: até 100 GeV é pouco provável que decaia em um par de bósons W; a 
partir de 170 GeV, a probabilidade desse tipo de decaimento é alta. Também pode 
ocorrer decaimento por meio de bósons Z, num padrão apresentado no diagrama: 
 
 39 
 
 O bóson de Higgs foi chamado, numa analogia muito infeliz, de “partícula de 
Deus” num livro sobre o tema escrito pelo físico Leon Lederman (Prêmio Nobel de 
1993) que, originalmente, a chamou de “Partícula Maldita” tendo mudado o nome por 
influência de seu editor. Essa nomenclatura tem provocado muita confusão devido ao 
apelo teológico mas que passa longe do assunto ( a relação é “nada”, segundo o físico 
da USP Henrique Xavier). 
 A provável confirmação do bóson de Higgs ocorreu em 4 de julho de 2012, com 
um anúncio público feito no CERN para uma plateia de cientistas e para o mundo e com 
a presença do próprio Peter Higgs, com 83 anos. Na ocasião, foi anunciada a detecção 
(pelos detectores ATLAS e ALICE) de uma partícula com energia entre 125 a 126 GeV, 
a uma margem de confiança estatística da ordem de “5 sigma” que corresponde a 
99,9999% de certeza. Por essas medidas, trata-se de um bóson, mas se é o bóson de 
Higgs ainda não foi dada a última palavra, pois todo novo resultado requer revisões e 
análises cuidadosas que agora estão sendo desenvolvidas. Ficamos no aguardo de novas 
notícias... 
 
11- ATIVIDADES COM ALUNOS 
 A seguir são apresentadas diversas atividades, todas de natureza conceitual e 
lúdica, desenvolvidas com alunos do terceiro ano do ensino médio. Algumas, como os 
jogos de cartas de partículas, ainda se encontram em fase de experimentação. 
 
11.1- ATIVIDADE 1 – SEMINÁRIOS SOBRE FÍSICA DE PARTÍCULAS 
 Numa primeira atividade, grupos de alunos fizeram seminário e trabalho de 
mural para exposição nas dependências da escola, tendo por tema Física de Partículas. 
O seminário foi desenvolvido com intervenções do professor no sentido de aprofundar 
as discussões e o desenvolvimento dos conceitos. 
 40 
 
 
 
 
 
 
 41 
 
11.2 - ATIVIDADE 2 – VIDEO: CIENTISTAS BRASILEIROS 
 Em consonância com a proposta do Caderno do Aluno, volume 4, 4º Bimestre, 
essa atividade consistiu na apresentação do excelente vídeo Cientistas Brasileiros: César 
Lattes e José Leite Lopes ( https://www.youtube.com/watch?v=DB3PzzIrRTc) , onde os 
alunos puderam conhecer melhor a história de César Lattes e da descoberta do méson 
pi, do desenvolvimento da Física no Brasil e a criação do CBPF, da USP e da Unicamp 
com seus percalços e sabotagens do imperialismo norte americano, com toda a 
contextualização histórica. A seguir, os alunos responderam a um “quiz” de 10 questões 
sobre o documentário, constante no anexo. 
 
11.3- ATIVIDADE 3 : IDENTIFICANDO PARTÍCULAS 
 Essa atividade é muito interessante e consta no Caderno do Aluno, volume 4, 4º 
bimestre. São fornecidas figuras de trajetórias de algumas partículas (reproduzidas a 
seguir): 
 
https://www.youtube.com/watch?v=DB3PzzIrRTc
 42 
 
 
 
 
 Os alunos devem recortar esses quadros e utilizá-los para identificaras parti- 
culas desconhecidas nas trajetórias das figuras seguintes e que estão apenas indicadas 
com “?”. 
A identificação é feita sobrepondo-se as trajetórias previamente recortadas ás figuras 
dadas e observando-se a coincidência de formas: 
 
 43 
 
 
 
 
11.4 - ATIVIDADE 4: JOGO DE CARTAS DO MODELO PADRÃO 
 Essa é uma atividade lúdica, um jogo de baralho das partículas elementares 
idealizado por Marcos Fernando Soares Alves, licenciado em Física e Dr. Luciano 
Gonsalves Costa, Professor do Departamento de Física da Universidade Estadual de 
 44 
 
Maringá, publicado através do artigo Proposta de aplicação de Física de partículas 
elementares para o Ensino Médio: um jogo sobre o modelo padrão , disponível em 
http://www.pg.utfpr.edu.br/sinect/anais2010/artigos/Ens_Fis/art85.pdf 
 No Anexo 2 são apresentadas as regras e as cartas utilizadas nesse jogo. 
 
11.5 - ATIVIDADE 5 – JOGO DE CARTAS “QUARKLE” 
 É uma outra atividade lúdica com baralho de partículas, diferente do apresentado 
na Atividade 4. Esse jogo chama-se Quarkle, As regras e cartas estão reproduzidas no 
anexo 3. 
 
11.6 – ATIVIDADE 6 – SIMULAÇÃO DE UM ACELERADOR LINEAR 
 Essa atividade consiste numa simulação de aceleração de elétrons num acelerador 
linear encontrada em: 
http://www.fisica.ufs.br/egsantana/elecmagnet/movimiento/lineal/lineal.htm 
 Nessa simulação, que pode ser realizada no laboratório de informática da escola, os 
alunos variam a carga, a massa, a ddp e o período da oscilação da ddp. Há um desafio: 
encontrar conjuntos de valores para essas grandezas tais que o elétron tenha sempre sua 
energia aumentada ao longo do percurso. 
 
12- CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 Da Grécia ao presente, o desafio de descobrir a estrutura fundamental da matéria 
tem sido uma epopeia muito bem sucedida do ser humano. Começando como uma 
indagação puramente filosófica, a busca por uma resposta a esse desafio atraiu o 
interesse dos maiores pensadores e cientistas cuja somatória de contribuições 
transcenderam em muito o aspecto puramente intelectual, propiciando o 
desenvolvimento das mais sofisticadas tecnologias de que dispomos na atualidade. Do 
http://www.pg.utfpr.edu.br/sinect/anais2010/artigos/Ens_Fis/art85.pdf
http://www.fisica.ufs.br/egsantana/elecmagnet/movimiento/lineal/lineal.htm
 45 
 
atomismo de Leucipo e Demócrito ao Bóson de Higgs, passando pela evolução dos 
modelos atômicos, a descoberta das subpartículas e a construção do Modelo Padrão, 
atingimos um patamar de compreensão que está nos conduzindo, através dos 
experimentos do LHC, à obtenção de uma das respostas mais cruciais da Filosofia e da 
Ciência: como e por quais mecanismos esse Universo em que existimos surgiu e, por 
extensão, a vida e nós mesmos. Os desafios não terminaram, porém, vivemos uma 
época feliz por podermos, pelo menos, dizer que nunca estivemos tão perto. “Está 
quente !”, diz o instrutor ao aprendiz, quando o desafia a encontrar uma resposta e 
recebe de volta algo consistente. Parece que foi essa a mensagem dos “5 sigma” obtidos 
no LHC. 
 Espero que esse modesto trabalho traga algum incentivo para que outros 
professores abracem o desafio de introduzir a Física de Partículas em seus 
planejamentos e, com sua criatividade, multipliquem essa iniciativa propondo novas 
estratégias e atividades, divulgando-as nos fóruns acadêmicos e educacionais. 
 
13- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 ABDALLA, Maria Cristina Batoni, Sobre o Discreto Charme das Partículas 
Elementares, Física na Escola, vol. 06, nº 01, 2005 
 BASSALO, José Maria Filardo, César Lattes: Um dos Descobridores do então 
 Méson Pi, Caderno Catarinense de Ensino de Física, nº 07 vol. 02, 1990 
 ABREU, Iracema Godoy de – O Atomismo Grego de Leucipo e Demócrito – 
Universidade Estadual Paulista – UNESP. 
 ALVES, Marcos Fernando Soares; COSTA, Luciano Gonsalves – Proposta de 
Aplicação de Física de Partículas Elementares para o Ensino Médio: um jogo sobre 
o modelo padrão. 
 46 
 
 CANDIDO, Suzana Laino; Formas num mundo de formas, 1ª Edição, Editora 
Moderna, 19979 
 CADERNO DO ALUNO, Ciências da Natureza e suas Tecnologias, volume 4, Rede 
Estadual de SP. 
 HARVEY, Bernard G., Química Nuclear, Série Textos de Química, Ed. Edgard 
Blucher, São Paulo, 1969 
 LOZADA, Cláudia de Oliveira; TEIXEIRA DE ARAÚJO, Mauro Sérgio – Ensino 
de Física de Partículas Elementares no Ensino Médio: As perspectivas dos 
professores em relação ao ensino do modelo padrão – Universidade Cruzeiro do Sul. 
 OSTERMANN, Fernanda; CAVALCANTI, Cláudio J. de H. – Um pôster para 
ensinar Física de Partículas na escola – Universidade Federal do Rio Grande do Sul – 
UFRS 
 PINHEIRO, Lisiane Araujo; CABRAL DA COSTA, Sayonara Salvador; 
MOREIRA, Marco Antonio – Projetando o Ensino de Partículas Elementares e 
Interações Fundamentais no Ensino Médio; XVIII Simpósio Nacional de Ensino 
Física – SNEF 2009. 
 SIQUEIRA, Maxwell; Pietrocola Maurício – A Transposição Didática aplicada à 
teoria contemporânea: A Física de Partículas Elementares no Ensino Médio – 
Universidade de São Paulo 
 VIEIRA , Cássio Leite, Lattes: Nosso Heroi na Era Nuclear, Física na Escola, V.6, 
nº 02, 2005 
 
 
 
 
 47 
 
13.1 – SUGESTÕES DE LEITURA 
 
 GELL-MANN, Murray, O Quark e o Jaguar, Editora Rocco, 1996, Rio de Janeiro 
 SPOLADORE, Luiz G., Eletrodinâmica dos Quarks, Argônio Editora, 2009. Rio de 
Janeiro. 
13.2-SITES CONSULTADOS 
 
http://www.astro.iag.usp.br/~douglas/cosmologia/arquivos/aulas/cap03.pdf 
http://conspiratorio.wordpress.com/2008/09/11/tragico-menina-de-16-anos-comete-suicidio-
por-medo-do-lhc/ 
http://www.dfn.if.usp.br/pagina-lafn/aceleradores/pelletron/index.html 
http://fei.edu.br/~rbianchi/publications/particulas-elementares.pdf 
 http://www.fisica.ufs.br/egsantana/elecmagnet/movimiento/lineal/lineal.htm 
http://www.gizmodo.com.br/o-que-e-o-boson-de-higgs/ 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Estranheza_%28f%C3%ADsica%29 
http://www.infoescola.com/fisica-nuclear/proton/ 
http://www.infoescola.com/fisica/forca-nuclear-fraca/ 
http://www.infopedia.pt/$acelerador-de-particulas-linear 
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=como-fisicos-procuram-
boson-higgs&id=010830120703 
http://www.molwick.com/pt/materia/563-forca-nuclear.html 
http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/acelerador-particulas.htm 
http://www.sbfisica.org.br/v1/arquivos_diversos/apresentacoes/LNLS.pdf 
http://shenews.projo.com/2009/02/physics-face-of-1.html 
http://www.sprace.org.br/aventuradasparticulas 
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2012-07-04/descoberta-particula-de-deus.html 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Antipart%C3%ADcula 
http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADncrotron 
http://www.astro.iag.usp.br/~douglas/cosmologia/arquivos/aulas/cap03.pdf
http://conspiratorio.wordpress.com/2008/09/11/tragico-menina-de-16-anos-comete-suicidio-por-medo-do-lhc/
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http://www.sprace.org.br/aventuradasparticulas
http://ultimosegundo.ig.com.br/ciencia/2012-07-04/descoberta-particula-de-deus.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Antipart%C3%ADcula
http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADncrotron
 48 
 
http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%B3son_de_Higgs 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B4mico_de_Rutherford 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B4mico_de_Thomson 
http://pt.wikipedia.org/wiki/El%C3%A9tron 
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo_de_Bohr 
http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_fraca 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Neutrino 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quark 
http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_forte 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tevatron 
 
14- ANEXOS 
 A seguir, são apresentados o Quiz aplicado com o vídeo Cientistas Brasileiros e as 
regras e cartas dos baralhos do Modelo Padrão e do Quarkle. 
 
14.1- ANEXO 1 : QUIZ SOBRE O VIDEO DA ATIVIDADE 2
 
1) César Lattes teve uma participação decisiva na descoberta do: 
 
a) nêutron 
b) próton 
c) méson pi 
d) bóson de Higgs 
 
2) A descoberta de Lattes confirmou a previsão teórica do físico: 
 
a) José Leite Lopes 
b) Marcelo Damy 
c) Hideki Yukawa 
d) Gleb Wataghin 
 
3) São cientistas brasileiros do grupo de Lattes que lutaram pelo desenvolvimento da Física no 
Brasil: 
 
a) Hideki Yukawa, Mario Schenberg, Marcelo Damy, Jayme Tiomno. 
b) Gleb Wataghin, Marcelo Damy, José Leite Lopes , Eugene Gardner 
http://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%B3son_de_Higgs
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B4mico_de_Rutherford
http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B4mico_de_Thomson
http://pt.wikipedia.org/wiki/El%C3%A9tron
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo_de_Bohr
http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_fraca
http://pt.wikipedia.org/wiki/Neutrino
http://pt.wikipedia.org/wiki/Quark
http://pt.wikipedia.org/wiki/For%C3%A7a_forte
http://pt.wikipedia.org/wiki/Tevatron
 49 
 
c) Cecil Powell, Jaime Tiomno, Mario Schenberg, Eugene Gardner 
d) Mario Schenberg, José Leite Lopes, Marcelo Damy, Jayme Tiomno. 
 
4) A descoberta de Lattes foi premiada com o Nobel de Física de 1950 que, no entanto, foi atribuído 
a: 
 
a) Hideki Yukawa 
b) Cecil Powell 
c) Gleb Wataghin 
d) Eugene Gardner 
5) São radiações de alta energia que tiveram grande importância na detecção da partícula que Lattes 
e equipe estavam procurando: 
 
a) radiação alfa. 
b) radiação ultravioleta. 
c) radiação cósmica. 
d) radiação infravermelha 
 
6) Lattes teve a genial ideia de mudar a composição química dos filmes fotográficos utilizados 
para a detecção de partículas, de modo a prolongar a duração dos traços deixados nesses 
filmes. Para isso, Lattes adicionou aos filmes: 
 
a) cloreto de prata 
b) tetraborato de sódio (bórax) 
c) tetracloreto de carbono 
d) amoniato de zinco 
 
 
7) A equipe brasileira de Lattes, no intuito de desenvolver as pesquisas físicas no Brasil, criou : 
a) o CBPF. 
b) a USP 
c) a UNICAMP 
d) a UNESP. 
 
8) A confirmação definitiva da descoberta de Lattes ocorreu em : 
 
a) um acelerador cíclotron nos EUA. 
b) um observatório astronômico nos Andes bolivianos 
c) um acelerador linear de elétrons na UNICAMP 
d) um sincrotron na USP. 
 
9) Lattes participou da criação de duas importantes universidades brasileiras, a saber: 
 
a) USP e UNESP 
b) PUC E UNICAMP 
c) UNESP E UNICAMP 
d) USP E UNICAMP 
 
 50 
 
10) Com as crises políticas das décadas de 50 e 60 o instituto de pesquisas fundado por Lattes 
e sua equipe enfrentou dificuldades motivadas: 
 
a) pela pressão da URSS, pois era época da guerra fria. 
b) pela pressão dos Estados Unidos, contrário a autonomia brasileira. 
c) pela evasão de cientistas. 
d) pelo fato de Lattes não ter recebido o Prêmio Nobel de Física de 1950. 
 
 
 
 
14.2 – ANEXO 2: REGRAS E CARTAS DO JOGO DO MODELO PADRÃO 
 
Esta proposta lúdica foi baseada num jogo de cartas popularmente conhecido como “PIF”. O jogo 
aqui apresentado é constituído por 51 cartas, sendo: 36 cartas quarks e léptons, 6 cartas “coringas” 
e 9 cartas informativas, além de um dado. Cada jogador recebe 6 cartas .Ganha quem primeiro 
montar um dos grupos de férmions (quarks ou léptons), para isso, caso receba ou durante 
a“compra” de novas cartas, o jogador poderá utilizar a carta “coringa” que por corresponder a 
uma determinada geração, “substitui” duas cartas das partículas da geração correspondente. Há 
ainda as cartas informativas, que explicam conceitos sobre as partículas, o Modelo Padrão, 
algumas descobertas, evoluções e inquietações do homem a respeito dos constituintes do Universo. 
Estas cartas, informativas, podem levar o jogador a alterar a estratégia de jogo. O descarte das 
cartas é comandado pelo lançamento do dado, a cada duas faces distintas do dado correspondem a 
um tipo de carta (quarks, léptons e informativas, lembrando que as cartas “coringas” são 
consideradas quarks ou léptons). Assim, o jogador só poderá participar da rodada se possuir o tipo 
de carta definida pelo dado para descarte, caso contrário, deverá “pular” a vez. Se, após o 
lançamento do dado, a face apresentada for a correspondente à carta informativa, antes de ser 
descartada seu conteúdo deverá ser lido em voz alta por aquele que irá descartá-la, a fim de que 
todos ouçam. Ao longo do jogo, a estratégia em relação a que família montar, quarks ou léptons, 
podem ser alteradas de acordo com olançamento do dado, já que são suas faces quem determina a 
carta a ser descartada. 
 
 
 As cartas dos quarks e léptons (reduzidas) são: 
 
 
Cartas coringa e cartas informativas: 
 
 51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14.3 – ANEXO 3: REGRAS E CARTAS DO JOGO “QUARKLE” 
 
 
 
1. O objetivo deste jogo é ser o primeiro a “criar” 5 partículas.
2. Uma partícula deve ter carga -2e, outra deve ter carga -e, outra zero, outra +e e a
outra +2e.
3. Quarkle deve ser jogado por pelo menos 2 ou 3 pessoas, mas não é recomendado
mais de quatro jogadores.
4. Para começar o jogo, cada jogador recebe 3 cartas do maço embaralhado. O
restante é colocado no centro da mesa.
5. Um jogador pode formar uma partícula quando for sua vez de jogar. As partículas
devem ser colocadas em frente ao jogador, viradas ara cima, em pilhas de 2 ou 3
cartas. As partículas podem ser criadas em qualquer ordem. Cada jogador precisa
de um espaço para 5 pilhas em sua frente.
6. No sentido horário, após o carteador, o primeiro jogador pesca uma carta do
monte. O jogador combina as cartas para tentar formar uma partícula (usando as
regras propostas acima). É possível ao jogador criar mais de uma partícula em sua
vez. Quando não formar mais nenhuma partícula é a vez do próximo jogador.
7. Se o jogador ficar sem cartas, recebe mais 3 do maço, mas a vez é do próximo.
8. O primeiro a criar as 5 partículas ganha! Se acabarem as cartas da mesa e
nenhum jogador conseguir formar mais partículas, ganha o que tiver mais
partículas já criadas.
9. Fique com suas partículas para a atividade seguinte.
Regras para o jogo Quarkle:
 
 
 
 
 
 
 A seguir, temos os modelos das cartas utilizadas no jogo: 
 
 
 
 
 
 52 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 53 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 54 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 55 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 56 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 57 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 58