14 forças fundamentais

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14 forças fundamentais

  1. 1. AS QUATRO FORÇASFUNDAMENTAIS DA NATUREZAAdaptado de um artigo na revista inglesa "Astronomy Now" por Iain Nicolson As interações entre partículas sub- atómicas e o comportamento em larga escala de matéria por todo o Universo, são determinadas por quatro forças fundamentais...
  2. 2. AS FORÇAS FUNDAMENTAISHá quatro forças fundamentais dentro detodos os átomos, que determinam asinterações entre as partículas individuais eo comportamento em larga escala, de todaa matéria no Universo.Estas são a força nuclear forte e a forçanuclear fraca, a força eletromagnética e aforça de gravidade.
  3. 3. A GRAVIDADE A Gravidade é uma força de atração que atua entre absolutamente todas as partículas no Universo. É sempre atrativa, nunca repulsiva. Esta força junta a matéria, é responsável por cada um de nós ter peso, por maçãs caírem das árvores, por manter a Lua na sua órbita à volta da Terra, por manter os planetas confinados às suas órbitas à volta do Sol, e por agrupar galáxias.
  4. 4. A FORÇA ELECTROMAGNÉTICA A força eletromagnética determina as maneiras em que partículas com cargas elétricas se interagem umas com as outras, e com os campos magnéticos. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva. Cargas elétricas com o mesmo sinal (duas positivas ou duas negativas) repelem-se; com sinais diferentes atraem-se. A força eletromagnética mantém os elétrons [cargas negativas] nas suas orbitais, à volta do núcleo [carga positiva] do átomo. Esta força é responsável pela existências dos átomos.
  5. 5. A FORÇA ELECTROMAGNÉTICA A força electromagnética controla o comportamento de partículas com carga elétrica e de plasmas (um plasma é uma mistura de quantidades iguais de íons positivos e elétrons, negativos) como, por exemplo, nas proeminências solares, laços coroais, e outros tipos de atividade solar. A força eletromagnética também governa a emissão e absorção de luz e outras formas de radiação eletromagnética. Luz é emitida quando uma partícula com carga elétrica é acelerada (por exemplo, quando um elétron passa perto de um íon, ou interage com um campo magnético) ou quando um elétron desce de um nível de energia mais alto para um mais baixo, num átomo.
  6. 6. A FORÇA NUCLEAR FORTE A força nuclear forte une prótons e nêutrons para formar um núcleo atômico e proíbe a repulsão entre protons, carregados positivamente, evitando assim a sua dispersão. A interação nuclear forte entre prótons e neutrons acredita-se que seja um vestígio de uma outra força forte básica que une os quarks em grupos de três para fazer prótons e nêutrons. Por causa da força forte unir as partículas nucleares com tanta coesão, dá-se uma libertação de quantidades enormes de energia quando núcleos leves são fundidos (reação de fusão nuclear) ou quando núcleos pesados são desfeitos (reação de fissão nuclear). A interação da força nuclear forte é a fonte básica das quantidades vastas de energia que são libertadas pelas reações nucleares que alimentam as estrelas.
  7. 7. A FORÇA NUCLEAR FRACA A força nuclear fraca causa a degradação radioactiva de certos núcleos atómicos. Em particular, esta força governa o processo chamado decaimento beta no qual um nêutron divide-se espontaneamente num próton, um elétron e um anti-neutrino. Se um nêutron dentro de um núcleo atómico decair desde modo, o núcleo emite um elétron (do modo também conhecido como uma partícula beta) e o nêutron transforma-se num próton. Isto aumenta (por um) o número de protons nesse núcleo, mudando assim o seu número atómico e transformando-o no núcleo de um elemento químico diferente.
  8. 8. A FORÇA NUCLEAR FRACA A força nuclear fraca é responsável por sintetizar elementos químicos diferentes no interior de estrelas e em explosões de supernovas, através de processos que envolvem a captura e decaimento de neutrões. Um nêutron é estável (não é radioativo), e tem vida longa, quando confinado dentro do núcleo atômico. Uma vez que removido do núcleo atômico, um nêutron livre sofrerá decaimento beta, tipicamente em cerca de vinte minutos. O processo de decaimento beta ao contrário, ocorre no interior de estrelas em colapso de supernovas, quando prótons e nêutrons se fundem para criarem as vastas quantidades de nêutrons que abundam como produto final do colapso - uma estrela de nêutrons.
  9. 9. AS FORÇAS deINFLUÊNCIA LONGÍNQUA e de INFLUENCIA PRÓXIMAAs interacções nucleares fraca e forte, actuamsomente a distancias extremamente curtas. Oalcance da força forte é cerca de 10e-15 metros eo da força fraca é de 10e-17 metros.Em contraste, as interacções electromagnéticae gravitacional são forças com alcancedistante, sendo o seu valor inversamenteproporcional ao quadrado da distância. Istoquer dizer que se a distancia for dupla a potenciadestas forças é reduzida por um factor de quatro.Em princípio, a força gravitacional entre duasmassas, ou a força electromagnética entre duaspartículas carregadas electricamente, não sereduz completamente a zero até a separaçãoentre as massas ou as partículas, fique infinita.
  10. 10. A INTENSIDADE DAS FORÇAS A gravitação é a mais fraca das forças em termos de potencias das várias interações entre partículas individuais (em ordem decrescente em potência, as forças são: a força nuclear forte, a força eletromagnética, a força nuclear fraca, e a gravitação). Por exemplo, a repulsão eletrostática entre dois protões é 10e36 vezes maior do que a sua atracção gravitacional mutual! No entanto, por causa das forças nucleares terem uma potência com um alcance tão microscópico, e a matéria em escalas grandes tende a ser eletricamente neutra, a gravitação é a força que governa o movimento de corpos celestes como planetas, estrelas e galáxias.
  11. 11. A NATUREZA DAS FORÇASSegundo as teorias modernas da Mecânica Quântica, asvárias forças fundamentais são transmitidas entre partículasreais por meio de partículas virtuais (partículas que nãopodem ser detectadas diretamente) mas cuja existênciatemporária é permitida pelo princípio físico chamado oprincípio de incerteza de Heisenberg.As partículas que transmitem a força são as seguintes:na interação nuclear forte - mésons e gluõnsna força electromagnética - fótonsna interação nuclear fraca - bosõnsna força de gravidade - grávitonsAdmite-se uma teoria com base no gráviton mas ainda nãofoi comprovada, sendo então uma partícula hipotética.
  12. 12. AS FORÇAS UNIFICADASNas temperaturas e energias que existem no universo dopresente, as quatro forças são distintas umas das outras e têmpotências diferentes. Em energias muito altas, contudo, asituação muda.Nas energias mais altas alcançáveis com os aceleradoresatuais de partículas (as quais correspondem a temperaturas decerca de 10e15 graus Kelvin), as forças fraca eeletromagnética perdem as suas identidades separadas eunificam-se numa única força eletro-fraca. Segundo o que sechamam as Grandes Teorias Unificadas (GUTs), as forçasforte e electromagnética se comportam como uma única forçaunificada em energias e temperaturas que são cerca de umtrilhão de vezes mais altas ainda (isto está muito para além datecnologia presente na Terra).Embora uma teoria completa ( uma teoria de tudo, em inglês,"Theory of Everything - TOE") que abrange todas as quatroforças não tenha sido ainda alcançada; muitos físicosacreditam que a níveis de energia ainda mais altos, agravitação se une com as outras formando uma únicasuperforça.
  13. 13. AS FORÇAS UNIFICADASConforme o universo expandiu e arrefeceu, as energias das partículas diminuíram,as forças separaram-se e adquiriram as suas identidades individuais, a gravitação acerca de 10e-43 s, a força forte de 10e-35 s, e as forças fraca e electromagnéticade 10e-11 s depois do começo do tempo.Os Cosmólogos, que se ocupam com a origem, evolução e as estruturas de grandeescala do universo inteiro fundamentam-se no trabalho dos físicos que estudampartículas de alta energia para tentarem explicar os estágios-chave na evolução douniverso.Por não se poderem fazer experiências que possam gerar as energias tremendasque são necessárias para testar diretamente as Grandes Teorias Unificadas, osfísicos que estudam partículas de alta energia procuram observações cosmológicaspara tentarem verificar as suas teorias. O mundo microscópico de partículas de alta energia e forças fundamentais está indissociavelmente ligado ao mundo das largas escalas de astrofísica e cosmologia.

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