- Três descobertas experimentais no final do século XIX tiveram grandes implicações, incluindo os Raios-X, radioatividade natural e o elétron. - Thomson descobriu que os elétrons são os constituintes universais da matéria ao medir sua razão carga/massa. - Raios-X são ondas eletromagnéticas de alta energia originadas pela transição de elétrons em órbitas elevadas.

1. Universidade Federal do Rio Grande
Instituto de Matemática, Estatística e Física
Kauê Bandeira ; Cesar Krumreich
Prof. Dr. Luiz Fernando Mackedanz

2. Entre 1895 e 1897 foram feitas 3 descobertas
experimentais que teriam grandes implicações ao longo
de todo século XX:
A descoberta dos Raios X por Röntgen.
A descoberta da radioatividade natural por Becquerel.
A descoberta do elétron por Thomson.
As duas primeiras foram por acaso.

3. Como Thomson chegou a conclusão de que os elétrons são
os constituintes universais da matéria?
Pois, independente do material colocado no catodo
dos raios catódicos, a razão carga/massa era sempre a
mesma!
Mas de onde se originam os Raios-X?
Os Raios-X provém da transição de elétrons em órbitas
muito elevadas.

4. Vamos pensar um pouco...
Sabemos que quando um elétron passa da terceira órbita para a segunda
ele emite um fóton com comprimento de onda correspondente a cor vermelha.
Se ele passa da quarta orbita para a segunda ele emite um fóton com
comprimento de onda da cor verde. O que está acontecendo com o
comprimento de onda? Para que o átomo emita um fóton com comprimento de
onda da ordem do Raio-X o que é necessário que ocorra com o elétron?

6. A descoberta de Thomson e outras experiências posteriores,
mostraram que os portadores da eletricidade negativa são
constituintes universais da matéria, eis que surge a primeira
partícula elementar: o elétron.
Nos anos seguintes, ficou claro que os raios-X são ondas
eletromagnéticas de grande energia e que a radioatividade era um
fenômeno nuclear.
Então, até o começo dos anos 30 se imaginava que todos os
fenômenos naturais tinham origem em apenas duas forças
fundamentais: a gravitação e a eletromagnética.

7. Campos
Clássicos
Campo Campo
gravitacional eletromagnético
Massa Carga

8. Por que tantas coisas neste mundo compartilham as
mesmas características?
As pessoas concluíram que a matéria que compõe o mundo é na
verdade um conglomerado de alguns blocos fundamentais de construção
da natureza. A palavra "fundamental" é a chave aqui. Entendemos por
blocos fundamentais de construção objetos que são simples e sem
estrutura - não são constituídos por nada menor. Mesmo na
Antigüidade, as pessoas procuravam organizar o mundo ao seu redor em
elementos fundamentais, como terra, ar, fogo e água

9. Hoje nós sabemos que há algo mais fundamental que terra, água,
ar e fogo...
O Átomo!

10. Ora, mas qual é a estrutura de um átomo?

11. Sabemos que o núcleo atômico é formado por prótons e nêutrons, será
que eles são as partículas fundamentais?
Próton Nêutron
Os prótons e nêutrons, não são fundamentais. Eles são formados pelos
quarks!

12. Ora, mas se existem vários prótons e nêutrons dentro do
Núcleo, de urânio, por exemplo. Como que essas partículas
conseguem ficar a distâncias tão pequenas umas das outras? E a
repulsão Coulombiana, onde fica nessa história?
Força de Repulsão Força de Repulsão
Eletrostática Eletrostática

13. Ora, mas se
esses prótons e
nêutrons estão dentro
do núcleo atômico, o
que os mantém presos
lá dentro? Alguma
outra força?

14. Foi em 1935 que um Físico chamado Hideki Yukawa percebe a
necessidade de implementação de mais uma força, no modelo da
descrição da natureza. Eis que surge a Força Nuclear.
Agora, podemos concluir que essa Força Forte é muito, mas muito,
maior do que a Força Elétrica (que faz objetos com cargas iguais se
repelirem).
Força Nuclear

15. Conclusão: A Força Forte surgiu para explicar como os nucleons
(nome genérico dado aos constituintes do núcleo) estão ligados dentro
do núcleo e a Força Fraca surgiu para explicar a estabilidade atômica.
Portanto:

16. Agora temos quatro forças fundamentais na natureza:

17. Mas onde será que essas forças atuam?

18. Agora vamos definir alguns conceitos, antes de prosseguir com nosso
raciocínio.
O que são Hádrons? Hádrons são partículas, que possuem uma estrutura
interna. Ou seja, são formadas por partículas ainda menores. Exemplos:
Prótons e Nêutrons.
O que são os nucleons? Nucleons são as partículas que se encontram
dentro do núcleo atômico. Exemplo: Prótons e Nêutrons.
O que são os Léptons? São as partículas que não possuem estrutura
interna. O mais conhecido é o elétron.
Será que Hádrons e Nucleons são a mesma coisa? Não necessariamente.
Todo Nucleon é um Hádron, mas nem todo Hádron é um Nucleon.

19. Todas as coisas que existem na natureza são formadas por
Léptons e Quarks.

20. Mas o que é esse tal de modelo Padrão?
O Modelo Padrão é uma teoria que explica as partículas e as
forças fundamentais. Explica do que o mundo é feito e o que o
mantém unido. Contudo, ainda existem muitas questões a serem
respondidas.

24. • Primeiramente precisamos dos quarks
• Agora que temos os ingredientes, precisamos do tempero. Precisaremos de uma pouco
de Força forte para manter esses quarks ligados dentro do núcleo.
• Bom, agora que já tenho o Nucleon se eu quiser montar um átomo, só preciso de um
elétron. Ora, mas um átomo com um próton e um elétron, não é o átomo de Hidrogênio?
Elétron
Próton

25. Os físicos constantemente
procuram novas partículas.
Quando as encontram, eles as
classificam e tentam achar
padrões universais que dizem
sobre como os blocos
fundamentais de construção
do universo interagem.

26. Para investigar a estrutura das partículas, precisamos
recorrer aos aceleradores de partículas.
Mas o que esses tais de aceleradores fazem? Os
aceleradores de partículas, aceleram partículas fazendo com que
elas viajem dentro do acelerador até colidirem com o alvo.
Interessante, mas e daí? O que essa colisão me fornece?
Lembram lá do experimento de Rutherford, quando ele
bombardeou o átomo com partículas alfa? Nos acelerados o
processo que ocorre é similar a este, você colide partículas para
conhecer a sua estrutura.

29. O que o LHC faz?
O LHC colide prótons que andam com velocidade muito próximas a
velocidade da luz.
Qual o objetivo do LHC?
Estudar a unificação da Força Fraca com a Força Eletromagnética.
Para isso precisa-se de altas energias, que são provenientes da colisão
dos prótons. Com tudo isso, pode-se obter informações sobre os
constituintes fundamentais da matéria, bem como a história de
formação do nosso universo.
O que se espera com a realização desse experimento?
Descobrir o Bóson de Higgs ( a partícula de Deus), supostamente, a
responsável pela geração de massa a todas as partículas conhecidas.