Estrutura da Matéria – Aula 02 - Partículas e Interações

[Música] é bom [Música] olá pessoal eu tô de volta à equipe para dar continuidade a essa temática de partículas elementares e suas interações com a introdução do curso de estrutura da matéria ano pra vocês eu queria começar dizendo a que durante um século um pouco mais do que isso nós conseguimos a aprofundar tremendamente o nosso conhecimento da estrutura da matéria a partido da tabela periódica dos elementos que a gente conhecia na época e até que é relevante para toda a química nós conseguimos avançar de tal forma que a gente numa escala atômica que é da

ordem de 10 a menos 9 mais ou menos nós conseguimos aprofundar 10 a menos nove vezes hoje em dia a gente é capaz de explorar 10 a menos 18 metros a a a estrutura íntima da matéria e como consequência disso nós conseguimos o que poderia se chamar uma nova tabela periódica de elementos que não só são capazes de compor toda a tabela periódica de leve como a gente conhece no caso aqui dessa nossa tabela bastariam esses três elementos para constituir próton nêutron e elétrons o que fundamentalmente é o que formam todos os átomos que a

gente conhece o resto são a partículas que foram descobertas nesse período e que deram um sentido global a descrição que nós damos para esse conjunto de partículas e suas interações como a gente pretende mostrar hoje eu pretendo também dá uma certa visão histórica rápida pra vocês e à terminar falando um pouco do formalismo que a gente usa para descrever efetivamente a interação entre essas ah eu queria começar a abordando dois grandes grupos nos quais a gente pode a dividir essas partículas o primeiro deles a a a terem os primeiros um inferno obedeci estatística que a

gente conhece de ferro dir a e outro conjunto são bósons são quatro bons vetoriais porque eles têm espinhos gente chama e do e um bóson escalar é o famoso famigerado bola de reis então todos os partidos que a gente chama the building blocks ou seja os tijolos que comprar matérias são ferros diz primeio falar um pouco mais deles no caso dos léptons eles têm algumas características de vídeo é basicamente entre os leves tons carregados o mais conhecido deles obviamente é o elétron a os outros dois aparentes a mais pesados que é basicamente a característica a

que difere do elétron são o lyon e o tal e nós temos acompanhando cada um deles o neutrino elétrico e outro no domingo neutrino do tau que são neutros certo são muito leves e eles apenas interagem francamente ou seja eles podem passar pela terra sem bater num único átomo e fazem isso com grande freqüência enquanto os carregados por terem carga eles interagem eletromagneticamente e fracamente eu vou mostrar um pouco mais do que a interação fraca para vocês já a parte dos quarks nome dado para esses componentes dos rádios e dos mesmos do dos bairros e

dos mesmos a eles têm uma característica peculiar eles têm carga fracionário aí você vai dizer mas eu nunca soube que pode ter carga funcionário na realidade eles além de ter cara e faz o funcionário tem uma outra característica que eles são confinados ou seja eles não se desgrudam um do outro ou seja não se consegue tirar um quark o de dentro do pronto nós quisemos saber que ele está lá quais são as características dele qual é a carga dele mas na hora de tirar ele prefere formar um pião do que sair sozinho com uma carga

fracionada a eles interagem eletromagneticamente porque tem carro mas ele será também fracamente e fortemente fica mais claro logo a seguir o que seriam essas interações além disso tem os bolsos vetoriais como discussão há partículas que tem spin a mais conhecida que no caso é o photo por ele que vocês estão me vendo exatamente agora e eles têm uma característica geral a que é a seguinte eles de uma forma transmitem a interação eles são os mediadores das interações a natureza por exemplo um é a mediadora da integração forte o fóton é mediador da interação eletromagnética e

os vossos vetoriais massivos o wc são os mediadores da interação fraca eles têm características muito esquisito distintos por exemplo o fóton é o google não tem carga elétrica elétrica ea massa de lula enquanto o wc são muito pesados o que eu digo muito pesado a massa deles são de 90 a 100 vezes a massa do próton e por último a partícula que ganhou mais fama ultimamente que o chamado bóson de rics que foi utilizado teoricamente em 1967 apesar de ser ter sido proposto e 64 ricos foi dado algum sentido para aquela proposta teórica quando ele

é incorporado no modelo para descrever as interações em 1967 por 1 libra e ele é responsável nesse modelo extremamente bem sucedido a dar massa por todas as partículas elementares então ele ele está por trás da origem da própria massa das partículas ele foi descoberto efetivamente pelo lhc que nós discutimos a última aula que deu o prêmio nobel para a proposta teórica em 2012 menciona explicitamente o atlas e cms como os descobridores na concessão do prêmio e ele tem a característica de interagir apenas fracamente esse é um dos motivos que levou tantos anos para que ele

fosse descoberto entre a proposição teórica e descobertas mental dando uma passada muito rápida sobre o perfil experimental há histórico dessa dessas partículas o elétron inaugura essa nova tabela periódica em 1897 um laboratório de cavendish quando thompson é considerada a descoberta do eletro união aparece de forma completamente inesperada nos raios cósmicos em 1937 por elsa maia e e anderson o tauá é descoberto no acelerador - lac em 1975 colisão é mais e menos por martin tel o neutrino do elétron é proposto muito cedo a na década de 30 por pauli e vai ser descoberto apenas em

1956 em los alamos o neutrino do miam que acompanha em geral reações à que vem é envolve um carregado foi descoberto por led ano e e colaboradores lembro que reina em 62 e um neutrino do tau no filme hleb no ano 2000 eu queria agora falar sobre as partículas que interagem fortemente que são responsáveis por compor os rádios na que são a os quarks os cortes foram propostos primeiramente o de s quando se propôs o chamado modelo cacuaco como a gente vai falar rapidamente eles ou efetivamente descobertos nos leque no que a gente chama de

discipliná-la se esquecem ou seja espalhamento relaxa o profundo que é uma área em que o pior que eu mencionei na aula anterior de uma contribuição extremamente importante e eles são de alguma forma descobertos há há há conjuntamente por que é mostrado que faz sentido encarar os rádios como um conjunto de partos no caso os partos nome dado pelo faymann seriam os quartos rodeia-se o charme e tem uma história super interessante porque ele é descoberto na realidade simultaneamente em dois laboratórios completamente distintos com reações à de colisões completamente distintas em 1974 instância por dois leque embu

rave no bnl que levou o register e o team que a receber o prêmio nobel dessa descoberta o bóton a que é a já um parceiro bem mais pesado foi descoberto no filme leve em 77 eo top foi o último grande sucesso do hotel entrou no fermilab no experimento de zero e cbf que a descobriram em 1995 por outro lado os bósons vetoriais aquele dia disse que fazem intermediação das interações o fóton o mais antigo a do grupo foi mostrado ou espalhar por elétrons por computador do laboratório de cavendish 923 o grupo 1 é considerado

como descoberta dele quando se observa no desde a diversas colaborações do do acelerador pedra eventos que a gente chama de três jatos ou seja além de dois quartos que seriam produzidos por exemplo que é barra seria produzido um outro que tem a origem de um grupo então a existência desses há há há eventos de três atos a evidenciaram a existência do globo a e o w e z que é um enorme sucesso do modelo padrão foi pela dita por um líbero em 67 vem a ser descoberto pelo cern nas colaborações 1 a 1 ou 2

em 1983 eu fiz um resumo aqui da data em que a partícula é proposta experimentalmente até o momento que ela é descoberta então eu estudar um certo panorama geral disso há partículas por exemplo no caso do miam que tem apenas uma data porque por que ninguém pedisse a existência do mil antes dele aparecer simplesmente experimentalmente existe inclusive a frase famosa de rabin que dizia a nós não sabemos a ninguém chamou ninguém esperava ninguém sabia que se essa partícula a iria aparecer mas chama a atenção aqui também que a partícula que demorou mais tempo para ser

descoberta foi o bozo de risco mais de quatro décadas aí de 1964 pedidos sugerido a sob o ponto de vista simplesmente teórico por riggs e mais uma série de outros pesquisadores naquela época a ele é utilizado efetivamente no modelo padrão para gerar massa das partículas e descoberto em 2012 como eu disse anteriormente outro ponto a mencionar olhando pra próprio quadro das partículas como um todo seria o fato da massa delas elas têm uma diferença de massa enorme apesar da gente considerar todas elas como partículas elementares ou seja até quando se saiba nenhuma delas possui nenhum

constituinte interno elas têm massas extremamente distintas vamos tomar cuidado com essa com esse gráfico e ver que ele é logarítmica certo aqui a gente tem o nome da unidade nós temos elétron volts chamando um elétron volts depois nós temos kevin mev gev tev para não confundir o nome o o que havia mil vezes o elétron volts o mev 1 milhão o jeb 1 bilhão e o tev 1 trilhão então há desde os neutrinos que a gente sabe hoje em dia que todos eles têm essa menor e um elétron volts nós temos a essa gama de

partículas que a gente chega até o top 1 78 jevis e o bóson de higgs por exemplo 25 jec's lembre se que o jeb é é um leão que elétrons volts nós temos um espectro de massa extremamente amplo e diversificado entre as partículas então vamos sentar com o começar a falar um pouco sobre as interações a falar um pouco mais sobre as interações a a interação forte é aquela que efetivamente é responsável não só por manter os quarks conectados dentro do próton do neutro um dos lados em geral mas também diretamente analogamente a força de

vândalos nas moléculas ele é responsável para manter o núcleo coeso porque é o núcleo é formado de partículas carregadas positivamente neutras e e se fosse depender apenas da da da interação eletromagnética não haveria como eles se manterem aglutinadas unidos informando um único objeto que o núcleo atômico isso é devido o fato da existência força forte a força fraca tem a como o nome próprio diz ela é 10 a menos cinco vezes mais fraca que a interação forte e ela é responsável em geral processos radioativos como o decaimento beta que a transformação do neutro que decaiu

um próton um elétron e no antineutrino do eletro essa transformação de sabores como eu vou mostrar ela é característica da interação fraca a integração lenta magnética todo mundo conhece aquela que mantém o elétrons girando é o que permite que a câmara esteja funcionando que essa televisão esteja funcionando o elétron é o mais curte de ano há mais cotidiano dessas interações juntamente com a gravitação porque não valem gravitação e vou falar só agora e não vou falar mais porque simplesmente é da ordem de 10 a menos 39 10 a menos 40 mais à fraca e interação

forte significa que no experimento hoje dias seja capaz de medir a qualquer influência possível de interação gravitacional uma interação entre os artigos porque não há nada que se chegue a uma precisão a desse tamanho então ela é absolutamente ignorada devido ao fato da intensidade dela ser muito pequena o modelo aquax é a construído supondo essa interação forte e ele organiza a de alguma forma a os as partículas só a que a constituem usados e isso é feito há matematicamente por joelma nishijima slide e depois é introduzida aquilo que a gente chama de carga de cor

por green dam eu vou explicar um pouco melhor o que significa isso então a primeira a primeira organizada no cenário das partículas elementares que havia um ciclone phet dado de uma maneira enorme na década de 50 é feito por opor à por galvan que propõe uma estrutura de grupo s o 3 que é capaz de organizar as partículas elementares em o que a gente chama de completos ocupados ou seja estruturas que refletem a própria estrutura de grupo das partículas isso é complexo e não vou entrar em detalhes mas só vou dizer que a gente consegue

prever quais as partículas que deveriam existir inclusive um grande sucesso da partida o meia - formado de três cortes estranhos que foi um grande sucesso do moodle da proposta 18 junto com isso vem a cor como carga na interação fonte só para entender um pouco as pessoas às vezes se assusta com o fato de a gente falar em cor mas a cor você pode encarar de maneira muito simples eu acho que falar que é por exemplo interação eletromagnética a gente chama ela combine como existe uma convenção de chamar as cargas a interação eletromagnética positiva e

negativa nada impediria que a gente chamasse é positivo de branco é negativo de preta então você já a branca com a preta se atraem a preta com a preta se refere à branca com a branca se repete por que conceitualmente nós temos duas qualidades da carga fraca da carga eletromagnética no cargo da carga forte é mais complicado a gente não tem só duas qualidades de um mesmo objeto nós temos três qualidades estressantes qualidades e há a mistura de todas elas então o conceito de cor é basicamente esse é a carga da interação eletromagnética a interação

forte que necessariamente tem que ter uma estrutura mais complexa então a nós temos as cores as antes de cores e são elas que permitem manter os bairros que são objetos com três quartos e os mesmos objetos com quarto antiquark unidos a formando partículas que circulam aí pelo universo um outro conceito que a gente tem o conceito de sabor o que a gente chama de sabor é basicamente o nome das partículas certo então a interação forte ela muda simplesmente a cor lá pega um quarto e faz um carro que verde e azul e faz um parque

verde ea interação fraca ela não muda a cor ela mantém o objeto vez mas ele é capaz de mudar um kiwi para uma maçã para o que o i trocando um bóson w então o sabor da partícula ou seja de passar para o e aqui ou permanece e muda de cor isso aqui é um resumo a do que eu falei até agora vocês podem olhar depois com calma e e fecha mais ou menos o quadro das interações e as partículas que compõem o quadro resumindo o que eu falei até agora mas eu gostaria de falar

rapidamente sobre o arcabouço teórico ou a estrutura que a gente usa para descrever todo o cenário primeiro a vocês sabem que a mecânica quântica foi 111 o que a gente chama de um break sunna na mentalidade da gente no começo do século 20 anos 1900 descoberta de planck até o final da década de 20 a mecânica quântica realmente se tornou um ingrediente essencial para descrever qual é a escala subatômica da mesma forma teoria da relatividade de einstein em 1905 ele também traz conceitos completamente novos que fazem com que qualquer a há a descrição de partículas

com alta velocidade requeiram a utilização da relatividade restrita com o instrumento de cálculo instrumento de produção os mesmos elaboração teórica daí vem a teoria quântica de campos de alguma forma dizem que a linguagem que descreve as leis da natureza é a melhor teoria que a gente tem para escrever tudo isso que ela faz o seguinte ela pega os princípios da mecânica quântica agrega os princípios da relatividade e acrescenta todos eles um novo conceito o conceito de criação e instituição de partículas que é uma coisa que a gente efetivamente observa na natureza por exemplo elétrons e

aniquilando com um pósitron e se materializando dois fótons esse é um evento extremamente comum e que tenha necessidade para qualquer teoria que se pretenda a a que descreva fenômenos da natureza tem que dar conta disso ea teoria quântica de campos faz isso é o que mais que ela faz ela descreve interação exatamente para aquele conceito que eu falei anteriormente pela troca de mediadores pela troca de partículas que transmitem a interação no caso da interação eletromagnéticas são os prótons por exemplo uma interação de um elétron comiam é o fóton é trocado ou na aniquilação elétron pósitron

som dois fótons que são produzidos no caso da interação fortes são os grupos que fazem esse papel para a gerar todas as partículas compostas ea interação fraca ela acontece por exemplo como no no decaimento nêutron com a troca de um bóson w então esse arcabouço ele é acaba sendo munido de uma outra ferramenta extremamente importante que explorar as simetrias da natureza a simetria senadores já tinham sido mostradas pelo famoso teorema de neta que as leis de conservação por exemplo energia momento momento angular elas estão diretamente ligadas assimetrias do espaço-tempo ou seja o fato do espaço

a da natureza ou de um determinado sistema serem variante por transações temporais leva o que significa o sistema agora é de um determinado jeito daqui a pouco ou seja uma translação temporal continua do mesmo jeito isso significa que sistemas que a a conservação de um dado o sistema pela pela transação temporal pela ele leva consequentemente a conservação de energia da mesma forma que há o deslocamento háháhá o deslocamento espacial leva a princípio da conservação do momento essa esse conceito expandido posteriormente o que a gente chama de princípio de gatti agora não é mais aaaah transformações

que envolvem coisas tão simples como deslocamento temporal o deslocamento espacial e passou a envolver cargas internas as partículas ou seja são transformações no queen o que a gente chama transformações de games transações de calibre sem querer a entrar muito em detalhes são coisas que não necessariamente têm a ver com estruturas do espaço tempo mas tem a ver com a transformação dos campos sob um mandado tipo de operação e foi mostrado que este princípio de gays é capaz inclusive de gerar a própria dinâmica das interações ou seja consigo tirar a usando uma barra de simetria assumindo

o princípio de gad tirar o fato forma com que as partículas se interagem entre si isso foi feito por um amigo alan que deu uma ênfase muito grande em 1904 61 das teorias de gays no efeito delas gerarem interações fundamentais glashow a mostra uma estrutura de games possível para instalações elétricas fracas em 67 online usa o mesmo modelo proposto por lixo e acrescenta um ingrediente novo é fundamental para dar coerência para o modelo que é o mecanismo de rics e consegue gerar las em 1973 gross porte eo viu já mostram que a cromodinâmica quântica é

uma teoria de gueixa que é capaz de de escrever corretamente os fenômenos fortes onde ele mostra o que a gente chama de liberdade sintomática das interações formas então a para finalizar eu gostaria dizer pra você que o que a gente obteve nesse um pouco mais de um século foi não só a a uma nova tabela periódica uma escala muito mais profunda muito mais íntima da própria matéria que é essa que está aqui e ao mesmo tempo a gente conseguiu uma teoria que chamada de hoje em dia de modelo padrão que me descreve perfeitamente a interação

todas as partículas então é matematicamente obviamente eu não vou tocar nisso aqui mas acredita em si nós conseguimos descrever matematicamente a interação de todas as nanopartículas esse modelo foi testado exaustivamente continua sendo testado e vem obtendo o sucesso impressionante então até quanto sabemos neste momento ninguém espera que a física termine aqui mas eu acho que esse quadro de alguma forma resume muito bem o estado da arte do conhecimento da estrutura mais íntima da matéria hoje em dia obrigado [Música] o [Música] [Música] [Música]