Resumo de Física - Física de Partículas

A Física de Partículas é uma parte da Física que se dedica ao estudo das partículas que compõem a matéria. Ela estuda também a radiação que as partículas emitem e a interação entre elas.

Ela é também chamada de física de altas energias, pois algumas partículas elementares só podem ser criadas a energias elevadas, assim a detecção delas também só é possível com altas energias de aceleração.

Estudada pela Mecânica Quântica, que faz parte Física Moderna, a Física de Partículas envolve o nível mais básico da matéria e da natureza, ou seja, o nível invisível das partículas elementares. As partículas elementares são toda a porção indivisível da matéria, como os elétrons, os fótons, os quarks e outras.

Histórico da Física de Partículas

Os primeiros estudos em relação às partículas isoladas foram desenvolvidos pelos gregos. O pioneiro na área foi o matemático grego Tales de Mileto, que formulou o primeiro artigo abordando a eletricidade.

Mais tarde, Demócrito formulou um segundo artigo afirmando que toda a matéria poderia ser dividida até chegar à sua parte mais fundamental e indivisível, se tornando assim um expoente do atomismo.

As ideias de Demócrito só voltaram a ser discutidas no século XIX, pelo químico John Dalton, que elaborou a Teoria Atômica.

Por muito tempo, acreditou-se que as únicas partículas elementares eram os prótons, nêutrons e elétrons. Até 1932, acreditava-se que apenas essas partículas constituíam toda a matéria existente na natureza.

Em 1933, foi criado um novo método para detecção de partículas baseado no processo de emulsões fotográficas. A partir de então, novas partículas foram sendo descobertas. Uma das primeiras descobertas com o processo de emulsões fotográficas foi o múon e, posteriormente, o píon, que foi descoberto após a evolução desse método.

De 1932 e 1947, várias novas partículas elementares foram descobertas. Entre elas, o neutrino, proposta pelo físico italiano Enrico Fermi, em 1933. A solução teórica de Fermi serviu para justificar alguns resultados inexplicáveis até então, no entanto, a confirmação da existência neutrino só ocorreu vinte anos depois.

Outra descoberta importante na Física de Partículas foi a do físico japonês Hideki Yukawa. Ele propôs em 1935 uma teoria que explicava a natureza das forças nucleares fortes, fazendo uso de uma partícula, o méson, cuja massa se situa entre os valores do próton e elétron.

Sua teoria foi comparável a outra já vigente em eletrodinâmica quântica, referente ao fóton. Essa partícula já conhecida do campo do eletromagnetismo, era capaz de mediar interações ocorridas entre campos. Portanto, sua teoria estava propondo haver outras partículas que mediassem outras interações.

Assim, em 1947, a Física de Partículas já contava com um conjunto composto por 14 partículas elementares, identificadas teórica ou experimentalmente.

Evolução da Física de Partículas

A Física de Partículas evoluiu com a criação de aceleradores de partículas – em 1967 já havia sido identificado um conjunto de mais de 200 partículas. A partir de então, a preocupação foi com a organização e agrupamentos das partículas, a fim de reduzir a quantidade.

Assim, os físicos passaram a buscar base que fundamentasse a organização das partículas, identificando semelhanças e regularidades entre elas, de modo que fosse possível agrupá-las.

Esses estudos possibilitaram uma divisão e classificação de diversas partículas elementares em grupos que consideravam as suas características em comum. As pesquisas desenvolvidas levaram os físicos Murray Gell-Mann e Georg Zweig a concluir que muitas das partículas consideradas elementares como os prótons e os nêutrons, na verdade não eram elementares, pois eram compostas por outras partículas ainda menores.

Partículas fundamentais da matéria

A matéria é formada por dois tipos de partículas fundamentais chamadas quarks e léptons.

Quarks: Os quarks são divididos em seis tipos, separados em pares que formam três gerações. São eles: “up” e “down” (primeira geração), “charmed” e “strange” (segunda geração) e “top” e “bottom” (terceira geração).

Os quarks up e down estão presentes na composição dos prótons e nêutrons. Os demais compõem apenas matéria exótica, que não consegue formar átomos devido à instabilidade.

Léptons: existem três gerações de léptons. Além do elétron, existem as partículas múon (segunda geração) e tau (terceira geração), que são como se fossem versões gordas do elétron. Apesar de possuir carga elétrica negativa, são muito instáveis para compor a matéria comum.

Em cada uma dessas partículas existe um neutrino correspondente, sem carga. Os neutrinos interagem apenas através da força fraca, e são criados em reações nucleares.

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