Introdução a Física de partículas parte 2

Elementar minha cara
partícula...
Marina Nielsen
Instituto de Física - USP
elementar: essencial, fundamental, básico
Do que as coisas são feitas?
O que as mantém juntas?
Demócrito (sec. IV a. c.)
átomo
Empédocles
(sec. IV a. c.)
considerações
filosóficas
4 elementos
terra, ar, água, fogo
Interação: Amor ↔ Ódio
Mendeleev
(sec. XIX )
J.J. Thomson
(1897)
Tabela periódica
número de elementos=92
Descoberta do elétron
⇓
Elementos da tabela periódica
são compostos
Rutherford
(começo sec. XX )
átomo é constituido
de espaços vazios
Átomo de Rutherford
(modelo planetário)
Interação Elétrica
Quem é a partícula com carga positiva?
próton
Mp~2000 Me
Porque o elétron não cai no núcleo?
Átomo de Bohr (1913)
elétrons só podem existir em
órbitas determinadas
⇓
Quantização
3 partículas: próton, elétron,
fóton
Einstein (1905)
Chadwick (1932) descoberta do neutron (Mn ~ Mp)
Interações: Gravitacional (~10-40)
Eletromagnética (1)
O que mantém o núcleo unido?
Interação Nuclear Forte
Yukawa (1935) píon
(Mπ~ 300 Me) deduzido do
alcance da força nuclear
⇓
1947 (César Lattes)
E se a repulsão for maior que a atração?
Núcleos instáveis
decaimento radioativo
decaimento beta
Interação Fraca
Pauli (1930) 1953
Metade do sec. XX 12 partículas
partícula
fóton
símbolo
γ
massa/Me
0
e-, e+
1
próton
p
~ 2000
neutron
n
~ 2000
elétron, pósitron
píon
π+, π0, π-
~300
muon
neutrino
µ+, µν,ν
~200
~0
1953 aceleradores
mais
partículas: ∆, Λ, Σ, Κ, ρ, ω, Ξ ...
Empédocles (4)
p, n, e, γ
Mendeleev (92)
várias centenas
Necessidade de classificação
Interação
léptons (leve): e,µ,ν
hádrons (forte)
mésons: π,ω,ρ...
bárions: p,n,∆...
(meio pesado)
(pesado)
SPIN
Semi-inteiro : férmions
Inteiro : bósons
(léptons, bárions)
(fótons, mésons)
podem ser criados e destruidos
são conservados
Férmions: princípio
de exclusão de Pauli
“só se pode colocar 1
férmion em cada estado
quântico”
Maioria dos hádrons é instável ⇒ possível indicação
de que possuem estrutura:
Hádrons não são fundamentais
Gell-Mann e Zweig
(1964)
propõem a existência dos
quarks
Quarks constituintes dos hádrons
bárions
mésons
3 quarks
quark - antiquark
carga fracionária!
Tipos de quarks
sabor
up
carga
+2/3
massa/Me
~15
down
-1/3
~15
strange
-1/3
~250
charm(1974)
+2/3
~2500
(1975) descoberta do τ mais dois quarks!
bottom (1977)
top (1995)
Partículas Elementares
-1/3
+2/3
~10000
~350000
próton
u(2/3)u(2/3)d(-1/3) ⇒ Q=+1
neutron
u(2/3)d(-1/3)d(-1/3) ⇒ Q=0
∆++
u(2/3)u(2/3)u(2/3) ⇒ Q=+2
Problema: Princípio de Pauli ⇒ novo número quântico
cor
Interação Forte
QCD: teoria das
interações fortes
Visão moderna do átomo
Resumo das Forças
Gravitacional
graviton
Fraca
Eletromagnética Forte
W+ W- Z0
fóton
gluon
quarks e
léptons
partículas com
carga elétrica
quarks e
gluons
(ainda não observado)
todas partículas
Cor é confinada: não existem quarks livres!
Aniquilação elétron-pósitron
E=mc2
me=1, mc~2500 ????
Aniquilação elétron-pósitron
Hadrons são neutros na cor: brancos
quarks são confinados
Interação forte: troca de gluons entre quarks
O que mantém o núcleo unido?
Interação residual forte
(troca de píons )
Interação residual eletromagnética:
mantém átomos unidos nas
moléculas
CONCLUSÕES
férmions
Partículas Elementares
bósons
fótons, gluons, W+, W-, Z0
mediadoras das interações
carga fracionária e cor
quarks são confinados
hadrons são brancos com carga inteira
Interações
grav.
fraca
elet.
forte