Física de partículas

Definição

A física de partículas é um ramo da física que lida com a constituição, propriedades e interações de partículas elementares, especialmente como revelado em experimentos usando aceleradores de partículas.

Física de partículas, física de alta energia, estudo das partículas subatômicas fundamentais, incluindo a matéria (e a antimatéria) e as partículas transportadoras das interações fundamentais, conforme descrito pela teoria quântica de campos.

A física de partículas preocupa-se com a estrutura e as forças neste nível de existência e abaixo. Partículas fundamentais possuem propriedades como carga elétrica, rotação, massa, magnetismo e outras características complexas, mas são consideradas pontuais. Todas as teorias da física de partículas envolvem mecânica quântica, na qual a simetria é de importância primordial.

O que é física de partículas?

A física de partículas é o estudo de partículas fundamentais e as forças que as guiam.

Como muitas das partículas fundamentais só aparecem durante colisões relativísticas em aceleradores de partículas, coloquialmente chamadas de “esmagadores de átomos”, a física de partículas também é conhecida como “física de alta energia”. Os físicos vêm colidindo partículas a velocidades extremas desde 1929.

A melhor imagem da física de partículas que temos hoje é chamada de Modelo Padrão, desenvolvido minuciosamente na década de 1970. Foi uma reação ao “zoológico de partículas”, uma enorme proliferação de partículas fundamentais incomuns descobertas durante experimentos de física de alta energia nas décadas de 1950 e 1960. A contagem final de partículas terminou em torno de 31, incluindo 24 férmions (quarks, elétrons, neutrinos e suas antipartículas), 6 bósons (um dos quais, o graviton, ainda não foi observado) e uma partícula indescritível responsável pela propriedade da própria massa, que ainda não foi observada, o bóson de Higgs. Basicamente, os férmions compõem a matéria e os bósons mediam interações entre a matéria.

A luz que sai da tela do seu computador é composta de fótons que são bósons. Eles estão interagindo com os férmions que compõem seu globo ocular.

A maior parte da matéria ao nosso redor é composta de apenas algumas partículas fundamentais: quarks superiores, quarks inferiores e elétrons.

Também há 50 trilhões de neutrinos de baixa massa fluindo através de nossos corpos a cada segundo, passando por toda a Terra quase como se nem estivesse lá. Os neutrinos, cujo nome significa “pequena partícula neutra”, são tão esquivos que nem se sabia que eles tinham massa até 1998. Uma das mais novas áreas da astronomia é conhecida como astronomia de neutrinos, onde o fluxo de neutrinos do Sol e supernovas são observados usando detectores enormes.

Embora apenas algumas partículas no zoológico de partículas constituam a matéria com a qual estamos familiarizados, a física de partículas nos dá uma grande visão da estrutura da realidade, mostrando-nos as variantes menos comuns e como elas se encaixam em uma família unificada. Pode-se dizer que a física de partículas é responsável pela existência de energia nuclear, medicina nuclear e bombas nucleares.

A física de partículas é considerada uma das áreas mais respeitadas da ciência porque acaba produzindo insights úteis para outras áreas, como matemática.

O que é teoria de partículas?

A teoria das partículas é uma teoria incrivelmente amplamente aceita da matéria, que sustenta, essencialmente, que a matéria é composta de pequenas partículas que estão em constante movimento.

A teoria das partículas é o domínio da física de partículas, também conhecida como física de alta energia, porque muitas das partículas mais fundamentais geralmente não ocorrem na natureza, mas podem ser geradas criando interações de energia extremamente alta entre as partículas.

O antecessor da moderna teoria das partículas remonta à Grécia antiga, quando os filósofos do século VI aC afirmaram que havia partículas fundamentais da matéria.

Por milhares de anos depois disso, no entanto, a teoria das partículas desapareceu na maior parte do mundo, com várias outras teorias surgindo.

No século 19, no entanto, ele voltou, com um cientista chamado John Dalton propondo uma partícula fundamental e indivisível que compunha toda a matéria. Ele chamou essa partícula de átomo, da palavra grega que significava indivisível.

No final do século XIX, tornou-se aparente que o átomo não era, de fato, indivisível e que havia partículas ainda menores que compunham o átomo.

Durante o século 20 e no século 21, essas partículas foram divididas e novas partículas de alta energia foram descobertas.

A descoberta dessas partículas ajudou a refinar e expandir a natureza da física das partículas, e grande parte do trabalho realizado hoje tem a ver com a geração de novas partículas a serem observadas.

Isso é feito criando interações de alta energia em aceleradores de partículas, onde as partículas são lançadas umas nas outras a velocidades incrivelmente altas, essencialmente se fragmentando em seus bits constituintes e liberando partículas energéticas que se dissipam rapidamente.

O modelo de trabalho da teoria das partículas agora é conhecido como Modelo Padrão. O modelo padrão, embora não seja uma verdadeira teoria unificadora, chega notavelmente perto.

Ele aborda três das quatro interações conhecidas: as forças eletromagnética, a forte e a fraca. Ele falha em lidar com a força gravitacional, tornando-a incompleta, mas ainda permite uma grande compreensão abrangente das partículas e do universo como um todo. O modelo contém 24 partículas fundamentais, que compõem a matéria, e os bósons de medida que mediam as forças. Ele também prevê um tipo de bóson, o bóson de Higgs, que é o único que ainda não foi observado, que deve ser detectado pelo Large Hadron Collider.

Em um nível básico, a teoria das partículas ajuda a categorizar os três principais estados da matéria que vemos no dia a dia. As partículas são vistas uma em relação à outra e a quantidade de energia que elas têm, o que afeta o quanto elas se movem. Num estado em que as partículas são fortemente atraídas umas pelas outras e são mantidas juntas em um estado em que vibram, mas permanecem relativamente fixas, existe um sólido. Quando há alguma atração entre as partículas, e elas são mantidas um pouco juntas, com um grau de movimento relativamente livre, existe um líquido. E quando há pouca atração entre as partículas, e elas podem se mover livremente, existe um gás.

Resumo

A física de partículas é um ramo da física que estuda os constituintes elementares da matéria e da radiação e as interações entre eles.

É também chamado de “física de alta energia”, porque muitas partículas elementares não ocorrem em circunstâncias normais da natureza, mas podem ser criadas e detectadas durante colisões energéticas de outras partículas, como é feito nos aceleradores de partículas.

A pesquisa moderna em física de partículas é focada em partículas subatômicas, que possuem menos estrutura que átomos.

Isso inclui constituintes atômicos, como elétrons, prótons e nêutrons (prótons e nêutrons são na verdade partículas compostas, compostas de quarks), partículas produzidas por processos radiativos e de dispersão, como fótons, neutrinos e múons, além de uma ampla variedade de partículas exóticas.

A rigor, o termo partícula é um termo impróprio, porque a dinâmica da física de partículas é governada pela mecânica quântica.

Como tal, eles exibem dualidade onda-partícula, exibindo comportamento semelhante a partícula sob certas condições experimentais e comportamento semelhante a onda em outras (mais tecnicamente elas são descritas por vetores de estado em um espaço de Hilbert).

Todas as partículas e suas interações observadas até o momento podem ser descritas por uma teoria quântica de campos chamada Modelo Padrão.

O Modelo Padrão possui 40 espécies de partículas elementares (24 férmions, 12 bósons vetoriais e 4 escalares), que podem ser combinadas para formar partículas compostas, representando centenas de outras espécies de partículas descobertas desde a década de 1960.

Física de partículas

Fonte: www.symmetrymagazine.org/www.sciencedaily.com/www.iop.org/www.britannica.com/www.wisegeek.org/www.collinsdictionary.com/home.fnal.gov