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  • O Modelo Padro da Fsica de PartculasAlex BelluccoAndrey AlmeidaLuclia LettaNelson Barrelo

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  • Fonte: Moreira, M.A. O Modelo Padro da Fsica de Partculas. Revista Brasileira de Ensino de Fsica, v. 31, n. 1, 1306 (2009)

    Modelo ==> Teoria

    Identificar partculas bsicas e suas formas de interao

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  • Partculas elementares ==> sem estrutura interna:Lptons: eltron, mon, tau, neutrino do eltron, neutrino do mon, neutrino do tau e suas respectivas antipartculas. Total: 12.Quarks (carga fracionria, confinados e no livres): quark up (u); quark down (d); quark charme (c); quark estranho (s); quark bottom (b) e quark top(t). Cada um pode ter trs cores e sua respectivfa antipartcula: vermelho, verde e azul. Total: 36.

    Hdrons ==> tem estrutura interna:Brions: trs quarks ou trs antiquarks. Recentemente: pentaquarks.Msons: quark mais um antiquark.Mson +: antiquark (d) + quark (u)Mson -: antiquark (d) + quark (d)

    Partculas

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  • Interaes fundamentais

    InteraoPropriedade: CargaGravitacionalMassaEletromagnticaEltricaForteForteFracaFraca

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  • Foras fundamentais da Natureza

    InteraoForaGravitacionalGravitacionalEletromagnticaEletromagnticaForte1Cor1FracaFraca

    1 Tanto a interao forte quanto a fora de cor podem ser: a) Fundamentais: a prpria interao ou fora; b) Residuais: resultante de balanos imperfeitos entre as atraes e repulses dos quarks. a verso da fora de Van der Waals (que envolvem balano de carga nulo) para foras de cor, onde h um balano sem cor (hdrons).

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  • Como se d a interao? O que transmite a informao de fora entre as partculas interagentes?

    InteraoPartculas InteragentesGravitacionalGrvitons (no detectados)EletromagnticaFtonsForteGlonsFracaPartculas W e Z (nicas com massa)

    2 Um estado da partcula. Podem no ter massa, mas tem energia: pulsos de energia. Quanto mais energia, menor o tempo de interao. No fazem clicks no contador Geiger.

    Partculas mediadoras, de fora ou virtuais2

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  • E os Campos? H quatro campos fundamentais:

    Gravitacional, Eletromagntico, Forte e Fraco.Busca-se manter as simetrias, ou seja, existem quatro:Campos fundamentais;Cargas;Interaes;Tipos de partculas mediadoras.

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  • RESUMO!

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  • Aspectos da TeoriaO vcuo no vazio!

    Produo de pares: incerteza na energia maior ou igual ao dobro da massa do eltron (distncia de 10-11m). Surge um par Eltron + Psitron virtual, caso no haja um suprimento de energia fora do vcuo.Partcula virtual: uma partcula que no aconteceu: no tem massa e existe durante um curto perodo de tempo em uma pequena regio do espao (Moreira, 2009, p.3).

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  • Aspectos da TeoriaPartculas Nuas e Vestidas

    Exemplo: no vcuo ==> eltron repele os eltrons virtuais e fica vestido (parcialmente blindado) pelos psitrons virtuais, sem distinguir qual parcela de carga de qual partcula.Sem essa nuvem temos o eltron nu, com carga maior. Por isso, a lei de Coulomb no vlida para distncias menores que 10-11m.

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  • Aspectos da TeoriaCampo de Higgs ==> mnima energia em um valor diferente de zero!Higgs encontrado no Atlas O Campo e o Bson de Higgs Mais um campo fundamental com sua partcula mediadora! Paradoxo: devido fora fraca os bsons W e Z deveriam ter massas elevadas, mas por questo de simetria essa propriedade deveria ser nula. Soluo = Massa aparente (inrcia) provinda dos choques com os bsons de Higgs!

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  • Aspectos da TeoriaO que massa afinal?Massa est relacionada ao bson de Higgs.'Massa de repouso' e 'massa relativstica' uma terminologia antiga, do incio do sculo XX, para manter a relao newtoniana entre momentum, massa e velocidade...Definio: Massa ... simplemente massa, uma propriedade intrnseca de certas partculas elementares. Isto se deve ao campo de Higgs: partcula interagente fica polarizada com Bsons de Higgs, que lhe do massa (Moreira, 2009, p6).Massa e energia so a mesma coisa?Resposta: 'A energia se conserva. A energia no se transforma em coisa alguma, so apenas distintas partculas que se transformam umas em outras. Ou seja, a energia se conserva mas os portadores de energia, e a forma em que ela aparece, de fato, mudam... (Moreira, 2009, p.6). Tostines quebrada!: no possvel transformar matria em energia e energia em matria!

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  • Aspectos da TeoriaA antimatria

    Paul Dirac: psitron ==> conciliar teoria quntica e relatividade!Antipartcula: mesma massa e spin. Carga eltrica, nmeros barinico, leptnico e assim por diante opostos.A cada partcula est associada uma antipartcula, que se aniquilam ao entrar em contato produzindo um fton.Partcula neutra (p.e. fton) ==> partcula = antipartcula.Assimetria! Mais partculas que antipartculas!Ainda bem! Universo estvel!

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  • Aspectos da TeoriaSimetria CPT (Carga / Paridade / Tempo)Carga partcula e antipartcula.Paridade reflexo especular ou inverso do espao em relao a um ponto (inverso: no mudam as leis. Quebra nas interaes fracas: decaimento radioativo).Tempo passar o 'filme' da realidade de trs para frente. A quebra da simetria CP pode estar relacionada a existerem mais partculas do que antipartculas.Se ocorrer violaes CPT significativas = problemas no Modelo Padro!

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  • Aspectos da TeoriaEDQ e CDQEletrodinmica quntica (EDQ) = teoria da interaes entre ftons e eltrons.Cromodinmica Quntica = teoria das interaes entre glons e quarks.Diferenas: Eltrons so livres, quarks no (confinados nos hdrons, que so brancos).Fton interage com o eltron e este no muda. Quando um glon interage com um quark, este ltimo pode mudar sua cor (vira outro quark).

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  • Aspectos da TeoriaA Matria EscuraTudo que 'visto' no Universo = 5% da massa.Onde est o restante? Resposta: 'matria escura' e 'energia escura'. uma Hiptese ==> ligada expanso (Universo aberto devido a muita massa) ou contrao do Universo (Universo fechado, devido a pouca massa).Evidncias experimentais: massa crtica ==> dvida: vai expandir mesmo?Quais seriam as partculas? No poderiam ser os neutrinos fundamentais (vindos do Big Bang), que tem massa pequena.

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  • Aspectos da TeoriaA Vento EscuroPartcula do Modelo Padro (MP) ==> no respondem a questo da constituio da matria escura.Necessidade de extender esse modelo = Supersimetria! Cada partcula do MP corresponde uma 'superparceira' pesada.Matria escura no emite radiao, no perde energia e no se aglomera.Movimento das galxias ==> forma um 'vento escuro' (um milho de partculas escuras por metro quadrado por segundo)

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  • Aspectos da TeoriaNeutrinos OscilantesProblema dos neutrinos solares ==> previso do MP no era confirmada (um tero do previsto).Soluo: neutrinos mudam de sabor no caminho do Sol at a Terra. Esses so os Neutrinos Oscilantes!Isso modificou o MP! ==> necessidade da massa (pequena) dos neutrinos.

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  • Problemas no Modelo Padro!- Assimetria matria-antimatria - simetria CP, com produo em iguais quantidades;- A matria escura e a energia escura - no so constitudas das partculas do MP;- O campo de Higgs - MP no explica bem as particularidades desta interao;- A gravidade - o grviton no foi detectado e o MP no consegue incluir a interao gravitacional porque ela no tem a mesma estrutura das outras trs interaes (Moreira, 2009, p.10);

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  • Nossas Questes!Com base no Modelo Padro, explique o decaimento beta do neutrn. Qual o papel desempenhado pela partcula virtual W- durante este decaimento?

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  • Nossas QuestesDiante do modelo padro, um tema to atual na cincia, de que maneira poderamos explicar aos estudantes as novas definies possveis a partir deste modelo sem aniquilar as antigas analogias?

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  • Nossas QuestesO Modelo Padro prev teoricamente a existncia do campo e do bson de Higgs, porm estes nunca foram observados por nenhuma experincia, algo que espera-se ocorrer com o funcionamento do LHC. Para a Fsica, qual seria a importncia da comprovao experimental desta partcula? O que o bson de Higgs e de qu maneira ele poderia explicar o conceito de massa? Quais as consequncias para a fsica e para o modelo padro se o bson de Higgs no se confirmar (no for encontrado ou descobrir-se sua no existncia)?

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  • Nossas Questes!Leia o seguinte trecho retirado de Moreira (2005):"De acordo com o chamado mecanismo de Higgs, as partculas W e Z se chocariam incessantemente com outras partculas presentes em todo espao, as partculas de Higgs, que explicariam suas massas. Existiria um campo de Higgs, fundamentalmente diferente dos demais campos pois, segundo a teoria, o estado de mnima energia desse campo ocorreria no quando se anulasse (como o caso, por exemplo, do campo eletromagntico) mas em um determinado valor especfico distinto de zero [1]. Consequentemente, um campo de Higgs no-nulo permeia o Universo, e as partculas esto sempre interagindo com ele, deslocando-se atravs dele como pessoas vadeando na gua. Essa interao lhes d sua massa, sua inrcia (ibid., p.62).Hoje o mecanismo de Higgs considerado como a origem da massa de todas as partculas elementares..."

    Responda: onde voc inseriria a campo e os bsons de Higgs no esquema apresentado?

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