O Modelo Padrão

Filosofia das Ciências Naturais – Prof. Ricardo Pereira Tassinari - 2008
O Modelo Padrão
Já sabemos que:
(1) os átomos são compostos de partes, elétrons (com carga elétrica negativa -e) e núcleo (com carga elétrica positiva n.e);
(2) os núcleos são compostos de prótons (com carga elétrica positiva +e) e nêutrons (que são neutros);
(3) o que mantém os elétrons presos ao redor do núcleo (nos orbitais) é a Força Eletromagnética; e
(4) os átomos são classificados na Tabela Periódica dos Elementos segundo o número de prótons que possuem.
Mas...
O que mantém os prótons (e os nêutrons) juntos no interior do núcleo?
São os prótons e os nêutrons compostos de outras partículas?
Segundo o Modelo Padrão (que contém a Mecânica Quântica e a Relatividade Restrita):
(1) O que mantém os prótons (e os nêutrons) juntos no interior do núcleo são a Força Forte e a Força Fraca.
(2) Existem apenas quatro tipos de forças fundamentais no Universo: a Força da Gravidade, a Força Eletromagnética, e as
Forças Forte e Fraca. Buscam-se modelos que unifiquem as forças (como ocorreu com a Força Elétrica e a Força
Magnética). Já se tem boas teorias de unificação eletrofraca. A Força da Gravidade não faz parte do Modelo Padrão
stricto sensu. A união da Força da Gravidade com as outras forças apresenta problemas teóricos ainda não
satisfatoriamente resolvidos (porém, essas teorias estão muito longe de experimentações diretas de suas asserções).
(3) O elétron é uma partícula elementar (não composta).
(4) Para cada tipo de partícula elementar, existe um de antipartícula, com a massa idêntica e com carga inversa (no caso do
elétron e– , é o pósitron e+ ), de forma que, no choque de uma partícula e sua antipartícula, ambas se aniquilam
formando novas partículas.
(5) Há três categorias fundamentais de partículas na “Tabela Periódica” do Modelo Padrão: os léptons (“leves”), que podem
existir livres; os quarks, que só existem em pares quark-antiquark (mésons, “médios”) ou em tríades de quarks ou
antiquarks apenas (bárions, “pesados”); e os mediadores (i.e., partículas que são quanta das forças).
(6) Os tipos de partículas elementares são:
Léptons
Carga Elétrica →
-1
e
(Elétron)
µ
Quarks
0
-1/3
+2/3
νe
d
(Down)
u
(Up)
s
(Strange/Sideways)
b
(Bottom/Beauty)
c
(Charm)
t
(Top/Truth)
(Neutrino do
Elétron)
νµ
(Múon)
(Neutrino do Múon)
(Tau)
(Neutrino do Tau)
τ
ντ
E as respectivas antipartículas.
Forças
Eletromagnética
Fraca
Forte
Gravitacional
Mediadores
γ (Fóton)
W+, W–, Z0
Glúons
Grávitons (?)
(7) Nesse modelo temos:
Próton: p = uud
Nêutron: n = udd
Pi-Mais: π+ = uñ
(O píon foi o primeiro méson a ser descoberto, em 1947, pelos físicos Lattes, Occhialini e Powell).
(8) Por fim, temos que cada tipo de partícula é um estado quântico possível da matéria-energia, por exemplo, o Pi-Zero é
uma superposição de outras partículas.
Pi-Zero: π0 = (uū - dñ)/√2 i.e. π0 = (1/√2)| uū⟩ + (-1/√2)| dñ⟩ !
E já vimos que uma partícula e sua antipartícula (ambas com massa) podem se aniquilar gerando outras partículas, e.g.:
Aniquilação Elétron - Pósitron:
e+ + e– → γ + γ
(em baixas energias)
e+ + e– → γ + γ + ...
(em altas energias)