PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
Enfim chegamos as Partículas Elementres. Sabemos que um dos principais objetivos do LHC é tentar explicar a origem da massa dessas partículas. Mas afinal o que são elas?
Inicialmente, propomos que você busque respostas a esta pergunta assistindo ao vídeo:
Assista ao vídeo ao lado!
“É elementar”, que depois de termos a compreensão do que é o LHC, apresentaremos à você descoberta das partículas e antipartículas, já que é possível percebermos que os aceleradores foram e continuam sendo uma importante ferramenta nesse contexto.
Atualmente, além das constituintes fundamentais da matéria (prótons, neutrons, elétrons e fótons), sabemos da existência de diversas outras partículas muito instáveis e dificilmente encontradas na natureza. Essas partículas parecem se enquadrar em padrões regulares.
Segundo o modelo padrão, elas são classificadas em três tipos fundamentais: Léptons, Quarks (partículas que formam a matéria) e Bósons mediadores (responsável pela interação entre elas), sendo que os Léptons e os Quarks formam a classe do férmions. Até os dias atuais, se sabe que as partículas elementares são formadas apenas pela classe dos férmions.
Assim, neste trecho final, será apresentado as propriedades e classificações das diversas partículas subatômicas conhecidas e as interações fundamentais que governam seu comportamento.
O Que são Partículas Elementares?
As partículas elementares são constituintes fundamentais da matéria, em sua menor escala e tamanho, isto é, formam qualquer estrutura de toda a matéria que temos no universo. Estas partículas não podem ser divididas e possuem uma variedade de interações.
É preciso que se tenha a compreensão de que a Física não nos fornece uma imagem exata do que é uma partícula elementar, no entanto, nos fornece uma descrição precisa de seu comportamento. Assim, a classificação das partículas elementares baseia-se essencialmente no seu comportamento. Em virtude disso, os modelos de classificação criados são fictícios, porém a descrição dos fenômenos observados é correta.
A chave para se compreender as propriedades das partículas elementares é a capacidade de descrever as forças entre elas, pois todas as partículas estão sujeitas a quatro tipos de interações fundamentais: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. Cada uma delas é devida a uma propriedade fundamental da matéria. Cabe destacar aqui que todas aquelas forças que parecem ser distintas - como forças de atrito, forças intermoleculares, entre tantas outras, são casos particulares ou resultantes dessas quatro forças fundamentais.
Você deve estar se perguntando, mas como se dá a interação? Quem “transmite a mensagem” da força entre as partículas interagentes? Por enquanto, é importante que se compreenda que as interações fundamentais ocorrem como se as partículas interagentes “trocassem” outras partículas entre si. Para um entendimento mais profundo é preciso que entenda cada tipo de interação. Por isso, vamos ver abaixo cada uma delas.
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As Interações
Interação Eletromagnética
Neste tipo de interação, está envolvido a carga elétrica que os corpos possuem. Partículas carregadas, tais como o elétron e o próton, experimentam uma força eletromagnética atrativa pois possuem cargas de sinais contrários. Partículas com cargas de mesmo sinal se repelem. Já as partículas neutras (como o nêutron e o neutrino), não interagem eletromagneticamente. É via interação eletromagnética que os elétrons e o núcleo estão unidos formando os átomos. A força eletromagnética é de longo alcance, proporcional à carga das partículas e torna-se cada vez mais fraca à medida que a distância entre as partículas aumenta.
Sabemos que o nêutron e o neutrino, como veremos mais a frente, não possuem carga elétrica, por isso podemos inferir que eles não são afetados pela força eletromagnética. A partícula mediadora desta interação é o fóton (y).
Interação Gravitacional
A força da interação gravitacional é de longo alcance e é a mais fraca de todas as interações.Embora esta força mantenha os planetas unidos, as estrelas e as galáxias, o seu efeito sobre as partículas elementares é desprezível. A interação gravitacional é mediada por partículas chamadas de grávitons.
Interação Forte
A interação forte é uma força de alcance muito curto (aprox. o tamanho do núcleo de um átomo). Ela age entre os núcleons (nome coletivo para prótons e nêutrons). É atrativa para todas as combinações de prótons e nêutrons, dessa forma um núcleon atrai outro núcleon. É a mais forte de todas as interações.
Não fosse pela força forte, o núcleo não seria estável, pois a força eletromagnética de repulsão entre os prótons causaria seu rompimento. A partícula mediadora da força forte é chamada de glúon (g) e há evidência experimental de sua existência.
Interação Fraca
A interação fraca é assim chamada porque é fraca em intensidade se comparada à forte. Esta é a força responsável pelo decaimento. Os neutrinos são afetados apenas pela força fraca, já que não possuem massa (logo não interagem gravitacionalmente) nem carga (o que exclui a interação eletromagnética). Sempre que um neutrino estiver envolvido em uma reação, é sinal de que esta é governada pela força fraca.
As partículas mediadoras desta interação são W+, W- e Z°, chamados de bósons. Estes mediadores são muito massivos, ao contrário das outras partículas mediadoras (graviton, fóton e glúon) que possuem massa de repouso nula.
Conforme as interações que sofrem, todas as partículas podem ser classificadas em duas grandes categorias: os hádrons e léptons. Para saber mais sobre estas partículas, acesse as páginas indicadas abaixo: