Partículas

Partículas

Toda a matéria e energia do universo é composta por uma entidade física chamada “partícula”. É possível dividi-la em dois tipos: as elementares e as compostas.

As elementares possuem esse nome por serem partículas que não podem ser divididas em partículas menores, como os férmions (partículas que formam a matéria) e os bósons (partículas responsáveis pelas interações fundamentais).

Os férmions podem ser divididos em dois grupos:

  • Os quarks: São os componentes principais dos hádrons (partículas compostas por quarks). Possuem seis sabores (do inglês “flavour”, trata de propriedades fundamentais dos quarks conhecidos: up ( u), down ( d ), strange ( s ), charm ( c), top ( t), bottom ( b). Além dos sabores, também possuem uma propriedade relacionada a sua cor, que está associada a interação forte.
Figura 2.0 – Tipos de quarks. Fonte: Adaptada de Wikipedia Commons
  • Os léptons: Possuem seis tipos diferentes: elétron ( e ), múon ( \mu ), tau ( \tau ), neutrino do elétron ( \nu_e ), neutrino do múon (\nu_{\mu})e neutrino do tau (\nu_{\tau}). Com exceção dos neutrinos (que são eletricamente neutros), os léptons têm carga negativa.
Figura 2.1 – Tipos de léptons. Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons

Os bósons podem ser divididos em dois grupos:

  • Bósons de Gauge: são os bósons mediadores responsáveis por transmitir as forças fundamentais entre as partículas. Existem três tipos:
    • Fóton \gamma : associado a interação eletromagnética
    • Bósons \, W^+ , W^- \, \text{e} \, Z^0 : associados a interação fraca
    • Glúons : associados a interação forte, responsáveis por manter os quarks unidos dentro dos hádrons e transmitir a força forte entre eles
FIgura 2.2 – Tipos de bósons de Gauge. Fonte: Adaptada de Wikimedia Commons
  • Bóson de Higgs: partícula mediadora associada ao campo de Higgs. Foi descoberta em 2012 no LHC (Large Hadron Collider).

Sugestão: assistir o documentário Particle Fever, que acompanha alguns dos cientistas que trabalhavam no LHC na época da descoberta. Disponível no streaming Apple TV.

Gif 2.0 – Experimento feito no LHC mostrando o bóson de Higgs decaindo em um bóson Z e um méson rho ou phi. Fonte: CERN

As compostas possuem esse nome por serem partículas formadas a partir de outras partículas menores, como as elementares. Essas partículas são formadas a partir das interações fortes, mediadas pelos glúons (tipo de bóson responsável pela força nuclear forte). Um exemplo importante de partícula composta são os hádrons.

Os hádrons podem ser divididos em dois tipos:

  • Mésons: são partículas subatômicas constituídas de um quark e um antiquark (antipartícula correspondente a um quark. Tem carga elétrica oposta a de seus quarks correspondentes e número quântico de sabor invertido). São partículas instáveis, que se desintegram em outras partículas em curtos intervalos de tempo, da ordem de nanossegundos.
  • Bárions: são partículas subatômicas constituídas por três quarks. São encontrados no núcleo dos átomos e são fundamentais para a estrutura matéria, por exemplo os prótons (composto por dois quarks up e um quark down) e os nêutrons (composto por dois quarks down e um quark up).
Figura 2.3 – Ilustração de um méson (um quark e um antiquark conectados por um glúon) e um bárion (três quarks contectados por três glúons). Fonte: PhysicsWorld

Para aqueles interessados em se aprofundar no mundo da partículas elementares, sugerimos que acessem o link abaixo. Ele faz parte de um produto educacional desenvolvido por Felipe Novaes, para o programa do MNPEF. Essa plataforma oferece uma exploração mais detalhada sobre os sabores e tipos de partículas, proporcionando uma compreensão ampliada do assunto. Clique aqui para acessar!

☢️  Neutrinos são utilizados para revelar imagem da Via Láctea

O link acima redireciona para uma notícia recente (30/06/2023) publicada pela BBC sobre um detector astronômico na Antártida que, utilizando a interação de neutrinos com moléculas de gelo, permitiu que os cientistas reconstruíssem a direção dos neutrinos e assim formassem a imagem da Via Láctea.

☢️  Website sobre neutrinos

O link acima redireciona para um website sobre neutrinos produzido para o programa de Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física (MNPEF). Nele, o autor aborda toda a física de neutrinos.

☢️☢️ Dissertação sobre sequências didáticas para ensino de conceitos do modelo padrão de partículas elementares

O link acima redireciona para um banco digital de teses fornecido pela Unifal. Na dissertação em questão, o autor propõe sequências didáticas para o ensino do modelo padrão da física de partículas para o terceiro ano do ensino médio.