Este documento apresenta uma introdução à teoria das partículas elementares e à física de partículas. Explica que quarks e leptões constituem a matéria, e que partículas como fótons, gluões, W e Z são responsáveis pelas forças fundamentais. Também descreve o bosão de Higgs, que confere massa às outras partículas.

1. TEORIA DAS PARTÍCULAS
ELEMENTARES
TRABALHO REALIZADO POR:
-DUARTE DIAMANTINO, 12ºB, Nº27380;
-PEDRO ASCENSÃO, 12ºA, Nº28484.
ESCOLA SECUNDÁRIA JÁCOME RATTON – 2019/2020

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• TIPOS DE QUARKS
• FERMIÕES
• HADRÕES
• MESÕES
• LEPTÕES
• BOSÕES
• BOSÃO DE HIGGS (H)
• CONCLUSÃO
• WEBGRAFIA

3. INTRODUÇÃO
Este trabalho foi realizado a pedido da professora Maria
Conceição Carvalho para a disciplina de Física com o intuito
de introduzir, elucidar e assimilar os conteúdos associados à
teoria das partículas elementares e à Física de Partículas.
A Física de Partículas é um ramo da Física que estuda os
constituintes elementares da matéria e radiação, assim como a
interação entre elas e as suas aplicações.
É também chamada de física de altas energias, porque muitas
partículas elementares só podem ser criadas em altas
energias.

4. PARTÍCULAS ELEMENTARES -
FÍSICA
Um dos principais objetivos da física moderna é
responder à pergunta “Do que é feito o
universo?” ou “O que é matéria e o que é que a
mantém unida?”
Isto continua a linha de investigação iniciado
posteriormente por Demócrito, Dalton e
Rutherford.
A física moderna fala de blocos de construção
fundamentais da Natureza, assumindo um
caráter reducionista simples e sem estrutura.

5. PARTÍCULAS ELEMENTARES - FÍSICA
Todos os eletrões, por exemplo, têm as mesmas características
exatas (massa, carga, etc.), de modo a que chamamos a um
eletrão de fundamental, pois todos eles são não-exclusivos.
A busca pela origem da matéria significa a compreensão das
partículas elementares.
O entendimento das partículas elementares requer
uma compreensão não apenas de suas características, mas como
elas interagem e se relacionam com outras partículas e forças
da natureza, o que nos remete para um campo da física chamado
Física de partículas.

6. PARTÍCULAS ELEMENTARES - FÍSICA
Mais de 200 partículas subatómicas foram descobertas até agora,
todas elas detetadas em aceleradores de partículas sofisticados.
No entanto, a maioria delas não são fundamentais,uma vez que
são compostas por outras partículas mais simples.
Por exemplo, Rutherford mostrou que o átomo era composto de
um núcleo e eletrões.
Físicos posteriores mostraram que o núcleo era composto de
protões e neutrões.

7. FÍSICA DE PARTÍCULAS
O eletrão e o protão foram as únicas partículas aceleradas até os dias de hoje, outras
nunca foram detetadas (como o gravitão) e as restantes foram detetadas através da
radiação cósmica.
Em Física de partículas, uma partícula elementar ou fundamental é uma partícula
que não possui nenhuma subestrutura. As partículas elementares são, portanto, os
componentes mais fundamentais do universo.
Por exemplo, átomos são feitos de partículas menores conhecidas como eletrões,
protões e neutrões.
Os protões e neutrões, por sua vez, são compostos de partículas mais elementares
conhecidas como quarks.

8. PARTÍCULAS ELEMENTARES
Um dos objetivos mais notáveis da física de partículas é encontrar as partículas
mais elementares – as partículas fundamentais – que constroem todas as
outras partículas encontradas na natureza, e não sendo elas mesmas
compostas por partículas menores.
Historicamente, os hadrões (mesões e bariões, tais como o protão e o
neutrão) e até mesmo o átomo inteiro já foram considerados como partículas
elementares.
Os protões, por exemplo, não são uma partícula elementar uma vez que
são constituídos por três quarks, enquanto que o eletrão é uma partícula
elementar, visto que não tem qualquer estrutura interna.

9. PARTÍCULAS ELEMENTARES
Existem dois tipos de partículas fundamentais:
-Partículas de matéria (fermiões) - partículas que
se combinam para produzir o mundo que nos
cerca;
-Partículas de força – partículas responsáveis pela
radiação eletromagnética.
Estas são classificadas no modelo padrão da física
de partículas, que teoriza como os blocos de
construção básicos da matéria interagem,
governados por forças fundamentais.

10. TIPOS DE PARTÍCULAS
ELEMENTARES
As partículas elementares conhecidas
incluem:
Partículas de matéria e antimatéria
(fermiões) como:
- Quarks (e antiquarks);
- Leptões (e antileptões);
Partículas de força como:
-Bosões (como o bosão de Higgs).

11. QUARKS
Na parte central do átomo está concentrado o núcleo.
Dentro desse núcleo encontramos protões e neutrões
(também conhecidos como nucleões) constituídos por
quarks.
Acredita-se que os quarks sejam os principais
responsáveis pela constituição da matéria e são
classificados de acordo com a cor e o sabor.
Os diversos sabores de quarks referem-se às diversas
espécies existentes dessa partícula.

12. TIPOS DE QUARKS
Existem, portanto, seis espécies de quarks, possuindo
cada uma delas 3 cores (vermelho, verde e azul):
-U (up);
-D (down);
-C (charmed);
-S (strange);
-B (bottom);
-T (top).
A cor de um quark é simplesmente a designação da
característica que o torna sensível à interação forte.

13. QUARKS
Os quarks são os constituintes elementares dos
protões, dos neutrões e dos hadrões.
Estas partículas sofrem efeitos de todas as interações,
em particular, das interações fortes que as fazem ficar
sempre agrupadas, não havendo forma de as isolar.
A força que mantem dois ou mais quarks juntos
é mais forte quando os tentamos separar.
Contudo, se os conseguirmos separar, a
energia armazenada segue a equação E=mc^2 para
criar um novo quark em cada extremidade, deixando-
nos exatamente como estávamos inicialmente.

14. QUARKS
Os quarks possuem várias propriedades
intrínsecas, como a carga elétrica, massa, cor e spin.
São as únicas partículas elementares do Modelo
Padrão da física de partículas que experienciam todas
as quatro forças fundamentais
(eletromagnetismo, gravidade, força forte e a força
fraca), assim como são as únicas partículas conhecidas
cuja carga elétrica não é um múltiplo inteiro da
carga elétrica elementar.
Os tipos mais importantes são o u (“up”) e o d
(“down”).
Os protões e os neutrões são constituídos por quarks
da seguinte forma:

15. FERMIÕES
Os fermiões são como que os “tijolos”
constituintes da matéria.
São partículas que possuem uma
propriedade quântica chamada spin (uma
espécie de momento angular quântico) de
módulo semi-inteiro (½), sendo descritos
pelo princípio de Exclusão de Pauli.
Por outras palavras, dois fermiões no mesmo
nível de energia não podem apresentar os
mesmos números quânticos ou ainda ocupar
uma mesma posição do espaço no mesmo
instante.

16. FERMIÕES
Os fermiões mais “leves” (de menor massa)
são chamados de leptões (do grego: “leve”),
e os mais pesados, como os protões,
neutrões e átomos, formados por estados de
quarks ligados pela interação forte, são
chamados de hadrões (do grego “forte”).
Trios de quarks são chamados de bariões
(protões e neutrões), e duplas de quarks são
chamadas de mesões.

17. HADRÕES
Os hadrões podem ser formados por três quarks ou por apenas
um quark e um antiquark:
- Quando são formados por três quarks, os hadrões recebem o
nome de bariões;
- Quando formado por um quark e um antiquark, recebem o
nome de mesões.
Na parte externa do núcleo, ou seja, em volta dele, estão
presentes os eletrões, que giram em torno do núcleo em órbitas
circulares, formando assim a eletrosfera.

18. MESÕES
Mesão é uma partícula subatómica (um
hadrão) composta por um quark e por um
antiquark de carga de cor oposta.
Os mesões são sensíveis à força forte, a
interação fundamental que liga os
componentes do núcleo, regulando o
comportamento de seus quarks constituintes.
Todos os mesões são instáveis.
O tempo de "vida" de um mesão é de cerca
de 10^-8 segundos (muito menor quando
comparado com o tempo de "vida" de outros
fermiões).

19. LEPTÕES
Os quarks e os leptões constituem a
matéria propriamente dita, isto é,
possuem um certo tipo de identidade.
De acordo com a Teoria da Grande
Unificação, os quarks e os leptões
contém aspetos diferentes de uma
mesma partícula e, por isso, são capazes
de se transformarem umas nas outras.

20. LEPTÕES
O integrante mais conhecido da família
dos leptões é o eletrão (e-).
Além dele, há também os mesões:
-μ (muão);
-τ (tau);
-neutrino do eletrão, νe;
-neutrino do muão, νμ;
-neutrino do tau, ντ;
-Entre outros.
Para saber mais acerca dos neutrinos e anti-neutrinos
clique no sinal

21. BOSÕES
Bosões são as partículas responsáveis pela interação
existente entre os fermiões.
Diferentemente deles, estas partículas não apresentam
problemas em ocupar o mesmo lugar no espaço e ao
mesmo tempo.
Apresentam spin inteiro, não possuem massa e podem
apresentar carga elétrica.

22. BOSÕES
Os bosões dividem-se em:
-Gluões;
-Fotões;
-Bosões W e Z;
-Bosão de Higgs.
Cada um deles é responsável pela mediação de um tipo
de força da natureza.
Os fotões são, por exemplo, os responsáveis pela
interação eletromagnética.
Por sua vez, os gluões estão associados à força nuclear
forte e os Bosões W e Z estão associados à força nuclear
fraca.

23. BOSÃO DE HIGGS (H)
O Bosão de Higgs é uma partícula elementar bosónica prevista
pelo Modelo Padrão de partículas, teoricamente surgida logo
após ao Big Bang de escala maciça hipotética predita para
validar o modelo padrão atual de partículas.
Uma característica do bosão de Higgs que dificulta o estudo é a
curta duração da sua "vida" visto que esta é de
apenas 1 zeptassegundo (um milésimo de um trilionésimo de
segundo).
Ao fim deste tempo decaí em dois bosões z que
decaem consecutivamente em 2 eletrões e 2 muões.
Representa a chave para explicar a origem da massa das outras
partículas elementares.

24. BOSÃO DE HIGGS (H)
Todas as partículas conhecidas e previstas são divididas em duas
classes: fermiões (partículas com spin da metade de um número
ímpar) e bosões (partículas com spin inteiro).
O bosão de Higgs é uma classe especial de bosão. Estes bosões
agrupam-se para formar algo conhecido como o campo de
Higgs.
Quando as partículas interagem com o campo de Higgs,
acredita-se que eles adquirem massa. Algumas partículas não
interagem tanto com esse campo, ou simplesmente não
interagem, e é por isso que eles parecem ser mais leves ou sem
massa, enquanto outras partículas sentem os efeitos mais
fortemente, tornando-os mais pesados.

25. CONCLUSÃO
Com base no trabalho que realizámos
concluímos que os quarks e os leptões
constituem a matéria propriamente dita,
podendo originar uma imensa variedade
de partículas maiores e mais complexas
tais como os bariões, os mesões,
protões, neutrões, etc.
Para além disto, percebemos que
diferentes partículas elementares têm
funções diferentes havendo umas
responsáveis pela radiação eletromagné-
tica e outras pela construção da própria
matéria.

26. WEBGRAFIA/BIBLIOGRAFIA
MORGADO, António, Quero Saber, 27.ª edição, Lisboa, goody, 2012.
TYSON, Neil, ASTROFÍSCA PARA GENTE COM PRESSA, 4.ªedição, Lisboa, gravida, 2019.
https://www.britannica.com/science/meson
https://pt.wikipedia.org/wiki/B%C3%B3son_de_Higgs
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/modelo-padrao-fisica-particulas.htm
https://www.gratispng.com/png-hzr23a/
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1806-11172009000100006
https://exercicios.brasilescola.uol.com.br/exercicios-fisica/exercicios-sobre-fisica-particulas.htm
https://portal.ifi.unicamp.br/images/files/extensao/oficinas-fisica/xxv/particulas.pdf
https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/particulas-elementares
https://socientifica.com.br/2017/06/04/uma-breve-abordagem-da-teoria-das-particulas-elementares/
https://futurism.com/your-particle-physics-guide-p1
https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/disciplinas/MEAFP-I-2/2019-2020/1-semestre
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas
https://socientifica.com.br/2017/06/04/uma-breve-abordagem-da-teoria-das-particulas-elementares/