segunda-feira, 17 de dezembro de 2012

Modelo Padrão - Parte 5

Continuemos a falar do Modelo Padrão. 

Nós vimos que os quarks podem ser de diversos sabores: up, down, chamed, strange, bottom ou top.

Existe uma outra característica dos quarks que chamamos de cor. Cada quark pode ter 3 cores diferentes: vermelho, verde ou azul. Isto não quer dizer que os quarks são coloridos na realidade. Foi só uma estratégia para diferenciar três modalidades de quarks que podem aparecer e para resolver o problema de termos  quarks com mesmo spin confinados nos hádrons (mais para frente falaremos mais sobre isso). Então cada sabor de quark, pode ter três cores

Esta estratégia foi utilizada como uma analogia às cores primárias da luz que são o vermelho, verde ou azul (RGB- Red, Green e Blue), como vemos na figura abaixo:

Figura 1: Cores primárias da luz: vermelho, verde e azul.


Se juntarmos as três cores primárias da luz, o resultado é a luz branca não é mesmo? Então a ideia é que as partículas que são compostas de quarks precisam ser brancas, ou seja, precisam de uma combinação tal destas 3 cores para que o resultado seja branco (R+B+G ou cor+anti-cor). Isto foi utilizado para não quebrar o princípio de exclusão de Pauli. Por este princípio só seria possível que dois quarks ocupassem o mesmo estado de energia, porém vemos existem partículas que confinam três quarks. Então a carga de cor foi criada para permitir estes estados, desde que tenham cores diferentes e que o resultado final seja uma cor neutra.

Bom, mas quais são as partículas que são formadas por quarks? São os Hádrons que são divididos em Bárions e Mésons.

Os bárions são compostos de três quarks. O próton e o nêutron são exemplos de quarks. O próton é composto de de dois quarks up e um down (uud), já o nêutron é composto por um quark up e dois down (udd). Isso só é possível se cada um dos quarks tiver uma cor diferente, sendo que a junção das três cores é o branco.

Os mésons são compostos de um quark e um antiquark. Se os quarks possuem "cores", os antiquarks possuem "anticores". Assim, uma cor com sua anticor, também resulta no branco. Um exemplo de méson é o pion+ (também chamado de méson π) que é composto de um quark up e um antiquark down.

O interessante é que nunca iremos encontrar um quark sozinho, isolado. Os quarks sempre estão confinados nos hádrons.

Resumindo o que vimos até agora:

Aprendemos que existem os léptons e os quarks, que são partículas elementares. 

Existem 6 tipos de léptons (elétron (e-), múon (μ), o tau (τ), neutrino do elétron (νe), neutrino do múon (νμ) e neutrino do tau (ντ)) e suas correspondentes antipartículas, totalizando 12 partículas elementares.

Existem 6 sabores de quarks (up (u), down (d), charmed (c), strange (s), bottom (b) e top (t), sendo que cada um deles podem ter 3 cores diferentes, totalizando 18 quarks, além dos antiquarks correspondentes. Isso resulta em 36 partículas elementares.

Conhecemos até agora 48 partículas elementares! Mas não acaba por aí! Ainda falta falarmos das interações fundamentais entre estas partículas, e para isso precisaremos falar das partículas mediadoras

Vejam dois esquemas para ver se fica mais claro para todos:

Figura 2: Esquema do Modelo Padrão.



Figura 3: Os quarks e antiquarks são confinados nos hádrons.


O que vimos hoje neste post foram estes retângulos em amarelo. O retângulo em vermelho será o próximo tópico ok?

 Acompanhem o blog! Até logo!


Referências:
- OSTERMANN, F. Um Pôster para Ensinar Física da Partículas na Escola. Física na Escola, 2(1), 13-18, 2001.

- MOREIRA, M.A. Partículas e Interações, Física na Escola 5(2), 10-14, 2004.




Oficina sobre Câmara de Nuvens para professores de Ensino Médio

Atenção a todos os professores de Ensino Médio inscritos no  XX Simpósio Nacional de Ensino de Física (http://www.sbfisica.org.br/~snef/xx/)





Eu, Maria Clara Santarelli, o Prof. Helio Takai, Gabriel Steinicke e Fernanda Gomes estaremos ministrando a seguinte oficina nos dias 22, 23 e 24 de janeiro de 2013:



VENHA CONHECER O CERN E APRENDER A CONSTRUIR UMA CÂMARA DE NUVENS COM MATERIAL DE BAIXO CUSTO

Descrição:
Primeiramente faremos com que os participantes conheçam um pouco sobre o CERN e sobre a participação de professores de Física brasileiros na Escola de Física CERN. Em um segundo momento, faremos uma revisão sobre Física de partículas, aceleradores e detectores e de como inserir estes conteúdos para os estudantes do Ensino Médio. Em um terceiro momento, os participantes construirão câmaras de nuvens com material de baixo custo, que serão utilizadas para detectar partículas provenientes dos raios cósmicos. Por fim, faremos uma demonstração de uma câmara de nuvens imersa em campo magnético para os participantes fazerem observações e medidas a partir das imagens coletadas. Com as medidas, iremos calcular o momento e velocidade das partículas. Pedimos para os participantes trazerem calculadoras científicas ou laptops.


Objetivos:



Os objetivos são: conhecer um pouco mais sobre o CERN e estimular a participação dos professores de Física do Ensino Médio na Escola de Física CERN; aprender a construir uma câmara de nuvens com materiais de baixo custo para utilizar em sala de aula e fazer cálculos a partir das observações e medidas coletadas no aparato experimental.



Para quem ficou interessado, faça sua inscrição já neste link abaixo:

Procure a oficina 40. Esperamos por vocês em janeiro!

Abraços a todos!

terça-feira, 11 de dezembro de 2012

Modelo Padrão - Parte 4

O Modelo Padrão é uma teoria que descreve muito bem quais são as partículas fundamentais que compõem as estruturas do Universo, como elas se comportam e interagem entre si.

Das postagens anteriores nós vimos que os átomos são formados pelos elétrons e pelo núcleo, este por sua vez é composto de prótons e nêutrons. Cada próton e cada nêutron  é composto por 3 quarks.

Como os elétrons e quarks são partículas elementares (não possuem estruturas internas e não podem ser dividimos em mais partes) eles vão entrar no Modelo Padrão, como as peças chave para formar toda a matéria estável que conhecemos no Universo.

O elétron (e) é um lépton, que significa leve em grego (apesar de nem todos os léptons serem tão leves assim...). Existem outros tipos de léptons que são o múon (μ), o tau (τ) e os neutrinos (ν) (neutrino do elétron (νe), neutrino do múon (νμ) e neutrino do tau (ντ)).

Existem vários tipos de quarks, que chamaremos de sabores. Estes sabores tem nomes bem engraçados: up (u), down (d), charmed ou charmoso (c), strange ou estranho (s), bottom (b) e top (t).

Os quarks e os léptons são classificados como férmions. Os férmions possuem spin semi-inteiro e obedecem o princípio de exclusão de Pauli. Falei grego agora né? Não se assustem, estas duas características (spin e princípio de exclusão de Pauli) falaremos mais adiante ok?!

Vejam esta imagem abaixo, com todas estas partículas elementares que falamos:


Vejam que existem 3 gerações da matéria, representadas por estas 3 colunas. Lembrando que toda a matéria visível no Universo é composta somente da primeira geração de partículas mostradas aqui acima (elétrons, quarks up e down). As segunda e terceira gerações são muito instáveis e decaem, ou seja, tornam-se partículas da primeira geração, que são estáveis. Por estabilidade entenda-se em não decair (transformar-se) em outra partícula, sendo que permanecem elas mesmas por muito tempo.

De todas estas partículas que falamos acima, temos sempre as antipartículas correspondentes. Por exemplo, temos o quark u e o antiquark u, o elétron e o pósitron (antielétron) e assim por diante.

Estas são portanto as partículas elementares do Modelo Padrão. A partir destas formam-se muitas outras partículas não elementares e muitas estruturas presentes no nosso Universo.

Por hoje, vou ficar por aqui, pois são muitas informações não é? Logo, logo continuo com os capítulos sobre o Modelo Padrão. Acompanhem!

Mandem suas dúvidas, comentários, ok?




Referências:

http://www.sprace.org.br/aventuradasparticulas/frames.html


- OSTERMANN, F. Um Pôster para Ensinar Física da Partículas na Escola. Física na Escola, 2(1), 13-18, 2001.

- MOREIRA, M.A. Partículas e Interações, Física na Escola 5(2), 10-14, 2004.




sexta-feira, 16 de novembro de 2012

Modelo Padrão - Parte 3

Na última postagem sobre introdução ao Modelo Padrão: "Modelo Padrão - Parte 2" (http://belezadafisica.blogspot.com.br/2012/10/modelo-padrao-parte-2.html) falamos sobre a descoberta do núcleo do átomo, dos prótons e nêutrons, bem como os modelos para o átomo.

As pesquisas teóricas e experimentais prosseguiram no sentido de entender melhor os constituintes do Universo.

Carl Anderson, em 1932 descobriu, em uma experiência com raios cósmicos (que são partículas com alta energia que vem do espaço sideral), uma partícula muito parecida com o elétron, porém continha carga positiva ao invés de negativa. Ela foi chamada de pósitron e já havia sido proposta por Paul Dirac teoricamente alguns anos antes. O pósitron é a antipartícula do elétron. A matéria é composta de partículas (ex: elétrons) e a antimatéria é composta de antipartículas (ex: pósitrons). Foi uma descoberta bem interessante! 

Daí para frente, muitas outras partículas começaram a ser previstas teoricamente e a ser detectadas em diversos experimentos, como os múons, mésons, partículas estranhas (este nome foi dado por apresentarem comportamentos que as partículas conhecidas até o momento não apresentavam) e etc. 

Em 1964 os físicos Gell-Mann e Zweig propuseram independentemente que algumas das partículas conhecidas até o momento poderiam ser explicadas como sendo combinações de partículas mais elementares, chamadas de quarks por Gell-Mann e azes por Zweig. O nome quark é que usamos atualmente. Hoje sabemos que os prótons e os nêutrons são formados por 3 quarks cada um, ou seja, não são partículas elementares como se pensava antigamente. Os quarks sim são elementares, ou seja, não podem ser divididos.

Com tantas partículas sendo previstas e encontradas houve a necessidade de organizar e descrever melhor as características destas partículas, bem como as interações entre elas.

Como uma analogia, vamos pensar em um colecionador de selos: quando ele começa a ter uma considerável quantidade de selos, vai sentir a necessidade de organizá-los em algumas categorias que podem ser: países, temas como flora, fauna, aviação, etc. 


Ele vai precisar determinar algumas características de cada categoria ou tema para poder separar seus selos não é verdade?

Foi algo parecido que os físicos fizeram para as partículas, conseguindo agrupar as partículas que tivessem as mesmas características e sendo uma forma de descrever e explicar os comportamentos e interações entre elas. Surgiu então o Modelo Padrão, que é uma teoria que tem descrito muito bem o comportamento das partículas elementares, sendo que suas previsões até o momento tem se concretizado, apesar de não ser uma teoria completa. Muitas questões não são explicadas por este modelo, o que faz com que surjam outras teorias que tentem dar conta destas questões.

Em julho deste ano, toda a mídia anunciou resultados importantes para a Física de Partículas. Foi encontrado uma partícula que poderia ser o bóson de Higgs, que é uma partícula prevista pelo Modelo Padrão que não tinha sido verificada até o momento. Veja a notícia que foi postada aqui no blog: http://belezadafisica.blogspot.com.br/2012/07/encontraram-um-novo-boson-e-tudo-indica.html

Os físicos envolvidos nestes experimentos foram cautelosos e disseram que ainda são necessárias algumas confirmações para que se possa afirmar que encontraram de fato o Higgs. Acredita-se que até janeiro de 2013 já se tenha uma resposta definitiva se é ou não o bóson de Higgs. Se for, é mais um ponto positivo para o Modelo Padrão. Se não for, os físicos terão que ir a procura de novas explicações para os resultados obtidos.

Vamos então ficar ligados nas notícias! E para entendermos mais, vamos nas próximas postagens aprender um pouco mais sobre o Modelo Padrão. Acompanhem!


Referências:
- CARUSO, F.; OGURI, V.; SANTORO, A. Partículas Elementares - 100 anos de descobertas. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2012.

- ABDALLA, M. C. B. O discreto charme das partículas elementares. São Paulo: Editora Unesp, 2006.

segunda-feira, 15 de outubro de 2012

Modelo Padrão - Parte 2

Na última postagem de introdução ao modelo padrão "Modelo Padrão - Parte 1"(http://belezadafisica.blogspot.com.br/2012/06/modelo-padrao-parte-1.html) nós vimos que o homem, instigado por sua curiosidade, foi descobrindo aos poucos do que a matéria é constituída. Chegamos até a descoberta do elétron com o modelo de Thomson do pudim de passas, lembram-se?

Eu perguntei se poderíamos ter parado por aí, se estas descobertas davam conta de explicar ou não todas as estruturas do Universo. E a resposta é NÃO!

Assim, as pesquisas para entender realmente como era a estrutura atômica continuaram.

Em 1907, Ernest Rutherford fez um experimento no qual bombardeava uma folha de ouro com partículas alfa (que nada mais são do que núcleos de Hélio, mas na época eles não sabiam e chamavam de alfa) e observava o espalhamento destas partículas. 

        Figura 1: Experimento de Rutherford.

Ele percebeu algo que não era esperado! Algumas partículas alfa eram rebatidas ao invés de atravessar a folha de ouro como seria esperado se o átomo fosse como o modelo do pudim de passas. Então ele concluiu que isso só poderia acontecer se houvesse um núcleo muitíssimo pequeno e rígido com carga positiva que estivesse impedindo a passagem das partículas alfa. Aí então surge a ideia de núcleo do átomo.

Em 1911, Rutherford elabora um novo modelo para o átomo, chamado de modelo planetário, na qual o átomo era composto de um núcleo positivo e de elétrons girando ao redor do núcleo como mostra a figura abaixo:

     Figura 2: Modelo planetário do átomo de Rutherford.

Estas partículas com cargas positivas que ficam no núcleo são chamadas de prótons

Em 1913, Niels Bohr fez um novo modelo, baseado na quantização de energia,  que corrigia o modelo anterior de Rutherford. Este modelo era composto basicamente de um núcleo positivo e elétrons ao redor como no modelo anterior, porém os elétrons não poderiam estar em qualquer órbita ao redor do núcleo, só algumas delas eram permitidas.

Porém algo ainda estava faltando, pois a massa dos átomos eram maiores do que as massas dos seus elétrons e prótons somadas. Deveria haver mais coisas dentro do átomo. Isso só foi comprovado em 1932 com James Chadwick, que detectou a presença de outras partículas no núcleo, sem carga elétrica, que são os nêutrons.

Será que agora estava tudo descoberto?  Será que só existem os elétrons, os prótons e os nêutrons?

E por que será que o núcleo consegue ficar coeso? Há vários prótons com carga positiva lá e como nós sabemos, cargas elétricas de mesmo sinal se repelem... O que será que acontece?  Alguém tem algum palpite?

Não percam as próximas postagens sobre este assunto!!

Referências:
- Física Moderna - Tópicos para o Ensino Médio de Dulcidio Braz Júnior.


sexta-feira, 6 de julho de 2012

Será que é correto chamar o Bóson de Higgs de partícula de Deus?

Olá pessoal!

Estou aqui novamente para trocarmos mais umas ideias.

Com as últimas notícias de indícios de a nova partícula encontrada no LHC (Large Hadron Collider = Grande Colisor de Hádrons) ter grandes possibilidades de ser o bóson de Higgs podemos encontrar muitas reportagens sobre o assunto, como vocês devem ter visto. E aí quase sempre aparece esta denominação para o bóson de Higgs: partícula de Deus.

Será que é correto chamar a partícula assim? De onde surgiu este nome?

Bem, vamos lá: os físicos não gostam nada de chamá-la desta forma, quem gosta mesmo é a mídia para chamar a atenção. 

Alguns de vocês já devem ter ouvido várias versões para este nome dado ao Higgs não é? Eu também já ouvi. Conversei com alguns físicos e a que parece mais correta é a seguinte:

O físico e ganhador do prêmio Nobel de física em 1988, Leon Lederman, escreveu um livro no qual falava sobre física de partículas e sobre o bóson de Higgs e se referia a ele como "Goddamn particle", ou seja, partícula maldita, partícula endiabrada, pela dificuldade de encontrá-la experimentalmente. Porém o editor do livro não achou que o termo seria muito bom e tirou o "damn" do Goddamn e ficou só God, daí veio o nome "God particle" ou partícula Deus. E depois para o português que foi modificada mais uma vez para partícula de Deus.

O livro tem o seguinte título: The God Particle: If the Universe Is the Answer, What is the Question? (A partícula Deus: Se o Universo é a resposta, qual é a pergunta?) 

Aqui abaixo tem e entrevista do Denis Damazio, físico brasileiro que trabalha na experiência ATLAS, na qual ele responde a várias perguntas, inclusive sobre esta questão que estamos discutindo. É muito interessante, vale a pena escutar. Entrem neste site e cliquem em Ouvir:

Então vamos combinar uma coisa? Vamos todos chamar a partícula pelo seu nome correto? De agora em diante, coloquemos em nossos vocabulários o termo Bóson de Higgs ok?!

Nos próximos posts vamos falar mais sobre as partículas elementares e vamos entender melhor também o que é um bóson e mais um montão de coisas! Acompanhem!

Referências:
Figura do livro de Lederman retirada de: http://en.wikipedia.org/wiki/The_God_Particle:_If_the_Universe_Is_the_Answer,_What_Is_the_Question%3F