PARTÍCULAS ELEMENTARES - Resumo

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PARTÍCULAS ELEMENTARES
→ Elementar ou não elementar:
- Toda partícula que pode ser dividida não é elementar;
- Ex: prótons e nêutrons (podem ser divididos, “quebrados” em outras partículas
menores, logo, não são elementares).
- Toda partícula que não pode ser dividida é considerada elementar.
- Ex: elétron (é indivisível, logo, é elementar).
→ Estável ou não estável:
- Partículas que não se transformam naturalmente em outras partículas são consideradas
partículas estáveis. Elétrons e prótons são estáveis.
- Instabilidade resulta em decaimento de partículas em outras partículas.
- Ex: Decaimento de um nêutron:
→ Carregadas ou não carregadas eletricamente:
- As partículas podem se apresentar com carga positiva, negativa ou neutra.
→ A Matéria e a Antimatéria
- Matéria e antimatéria são partículas iguais, porém com carga elétricas opostas.
• Em detectores elas aparecem ao fazerem curvas iguais, mas de lados opostos, devido
a presença de campos magnéticos intensos.
• O encontro dessas duas partículas causa a aniquilação da matéria.
“Não podemos ficar juntos, o nosso relacionamento é autodestrutivo”
→ Os Spins
- Associado às possíveis orientações que partículas subatômicas carregadas, como o
próton e o elétron, e alguns núcleos atômicos podem apresentar quando imersas em um campo
magnético (rotações de cargas elétricas). Determina estados específicos das partículas:
• Elétron → Spin ½
• Próton → Spin ½
• Nêutron → Spin ½
- Existem outros valores de spin:
• Múltiplos de ½ (Férmions)
• Inteiros (Bósons).
→ Energia e quantidade de movimento
- Partículas não podem ser modeladas com a física Clássica (macroscópicas).
106 = Mega → MeV = Mega Elétron-Volt
→ Massa de uma partícula em repouso (em eV)
- A massa de uma partícula pode ser calculada usando a relação entre energia e massa
feita na equação de Einstein: E = m.c2, onde E = energia, m = massa e c2 = velocidade da luz
ao quadrado, assim como mostra o exemplo a seguir:
→ Características de algumas partículas:
→ Classificação de Partículas:
- Léptons:
• Partícula subatômica que não interage fortemente. (Não pertence ao núcleo de
um átomo); Ex: elétrons.
• Não são constituídos por quarks e são considerados elementares.
• Férmions de spin ½
- Quarks:
• Partículas, que interagem através de todas as forças fundamentais. (Podem ser
encontradas no núcleo); Ex: prótons e nêutrons.
• Os quarks são, até o ponto em que sabemos, as partículas mais fundamentais que
formam o núcleo atômico. Toda matéria sólida que conhecemos é feita de três
partículas, que são os quarks up e down, 'u' e 'd', e o elétron.
- Hádrons: Não são partículas elementares, pois são constituídos por quarks (e/ou
anti-quarks)
• Mésons: 2 quarks (e/ou anti-quarks);
• Bárions: 3 quarks (e/ou anti-quarks);
→ Os Quarks
- Nunca aparecem sozinhos no universo.
- São eles:
• quark up (𝑢), quark down (𝑑) , quark strange (𝑠), quark charm (𝑐), quark bottom (𝑏),
quark top (𝑡).
• E seus anti-quarks.
→ Carga Elétrica dos Quarks
- As cargas elétricas dos quarks são fracionárias e podem ser 2/3 𝑒 ou − 1/3 𝑒.
- Anti-quark − 2/3 𝑒 e 1/3 𝑒.
- Lembramos que TODOS os hádrons tem carga inteiras que variam entre −2𝑒, −1𝑒, 0,
1𝑒, e 2𝑒.
- 𝑒 = carga de um elétron (-1,602 176 634 × 10−19 C ou apenas 1,6 x 10−19 C)
→ Carga-Cor dos Quarks
- É uma propriedade quântica da matéria que pode ser de três tipos.
- Nesse caso pode-se chamar de cores (primárias):
• Azul • Verde • Vermelho
- Os anti quarks têm como carga-cor as cores complementares:
• Ciano • Magenta • Amarelo.
→ Regra Carga-Cor
- As cores representam estados de cada partícula. Igual existem estados para o spin, existe
carga-cor para as partículas elementares.
- Os Hádrons tem carga-cor sempre igual a branco.
Exemplo: Aplique as propriedades de quarks e construa a partícula méson (2 quarks) K+
* Quarks = cores primárias (azul, vermelho, verde);
Anti-Quarks = cores secundárias (magenta, amarelo, ciano)
Exemplo 2: Aplique as propriedades de quarks e construa a partícula Bário ƛ0 (lambda zero)
Como não são anti-quarks, as cores terão que ser primárias: azul, vermelho e verde
→ O decaimento das partículas
- As partículas que não são estáveis decaem em partículas elementares.
- Ex: Decaimento de um Píon (π- )
- Píon é uma das três partículas subatômicas: π0 , π+ e π− . Cada píon é composto por um
quark e um antiquark e é, portanto, um méson. Píons são mésons leves e instáveis (decaem para
outras partículas).
→ Leis de Conservação
- Nos decaimentos, aplicam-se algumas leis de conservação:
• Energia-momento;
• Carga elétrica;
• Número Bariônico;
Sempre se conserva em uma reação (decaimento ou captura);
• 𝐵 = 1 se for um Bário;
• 𝐵 = 0 se não for um Bário.
• Número Leptônico.
Sempre se conservam em uma reação (decaimento ou captura);
• São três tipos/regras de conservação, número leptônico do Elétron 𝐿𝑒 , do Múon
𝐿𝜇 e do Tau 𝐿𝜏 .
partículas = valores negativos
antipartículas = valores positivos
Exemplos: Verifique se o decaimento 𝑛 → 𝑝+ + 𝑒− + (antineutrino do elétron) é legítimo.
Verifique se todas as leis de conservação se aplicam.
O decaimento é legítimo
→ Bósons: Partículas Mediadoras
- Responsáveis por intermediar as interações nucleares, forças forte e fraca e a
eletromagnética. Elas aparecem durante os decaimentos e são as portadoras das interações.
→ Força forte
- Responsável pela força de coesão que mantém os quarks unidos para formar
hádrons.
• Partícula mediadora responsável pela interação é o 𝐺lúon ℊ.
→ Força eletromagnética
- Responsável pela interação entre cargas elétricas. Uma carga consegue enxergar a
força da outra perante essa interação.
• Partícula mediadora responsável pela interação é o Fóton 𝛾.
→ Força fraca
- Responsável por manter o núcleo e os elétrons estabilizados. Sem que o átomo entre
em colapso.
• As partículas mediadoras responsáveis por essa interação são Z0 e 𝑊±.
→ Intensidade das interações
- Supondo a interação Nuclear sendo intensidade 1, a tabela mostra as outras intensidades
de interações.
→ Força Gravitacional
- Responsável pela transmissão da força da gravidade.
- Não tem-se ainda uma comprovação de que o Gráviton é o responsável por essa
interação:
• 𝐺𝑟á𝑣𝑖𝑡𝑜𝑛: 𝐺
→ Campo de Higgs
- Responsável pela geração de massa da matéria e dos bósons intermediadores fracos.
- Em 4 de julho de 2012 foi detectado em experimentos;
• Partícula mediadora da interação é a partícula 𝐻𝑖𝑔𝑔𝑠H.
→ O modelo padrão:
- Dessa forma tem-se uma tabela completa:
→ Tabelas com as partículas estudadas:
→ Mapa mental com o resumo do assunto: