Partículas Elementares

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A esfera cósmica é, portanto, formada por

A esfera cósmica é, portanto, formada por estruturas atômicas; a mesmaestruturas atômicas; a mesma composição permeia desde estrelas, cometas, galáxias, planetas, até

composição permeia desde estrelas, cometas, galáxias, planetas, até animais,animais, plantas e seres humanos, entretecendo todo ser vivo nas

plantas e seres humanos, entretecendo todo ser vivo nas conexões tecidasconexões tecidas pelos átomos. Estes, por sua vez, não

pelos átomos. Estes, por sua vez, não podem ser considerados partículaspodem ser considerados partículas elementares, pois estão fracionados em elétrons, prótons e nêutrons. elementares, pois estão fracionados em elétrons, prótons e nêutrons.

Quarks Quarks

Enquanto os elétrons, localizados em volta do núcleo atômico, realmente não Enquanto os elétrons, localizados em volta do núcleo atômico, realmente não podem, até onde se sabe, ser

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nêutrons, situados no interior do

nêutrons, situados no interior do núcleo, podem ser fragmentados emnúcleo, podem ser fragmentados em elementos conhecidos como quarks, integrados entre si por partículas elementos conhecidos como quarks, integrados entre si por partículas rotuladas como

rotuladas como glúonsglúons, os quais pressionam intensamente os, os quais pressionam intensamente os quarksquarks.. Há pelo menos seis espécies de quarks –

Há pelo menos seis espécies de quarks – virados para cima ou up, viradosvirados para cima ou up, virados para baixo ou down, estranhos, amáveis, do fundo

para baixo ou down, estranhos, amáveis, do fundo e do topo. Somente os ‘up’e do topo. Somente os ‘up’ ou os ‘down’ bastam para compor os prótons

ou os ‘down’ bastam para compor os prótons e nêutrons. Os primeiros sãoe nêutrons. Os primeiros são constituídos por dois quarks ‘up’ e

constituídos por dois quarks ‘up’ e um quark ‘down’; enquanto os nêutronsum quark ‘down’; enquanto os nêutrons contêm dois quarks virados para baixo e um

contêm dois quarks virados para baixo e um quark virado para cima.quark virado para cima. As partículas citadas acima são as mais significativas, essenciais para a As partículas citadas acima são as mais significativas, essenciais para a composição do Universo. Há, porém, outros elementos, como os

composição do Universo. Há, porém, outros elementos, como os neutrinosneutrinos,,

que atuam de forma inusitada, portadores de carga

que atuam de forma inusitada, portadores de carga zero e de massazero e de massa potencialmente neutra; e os

potencialmente neutra; e os fótons,fótons, constituintes da energia luminosa.constituintes da energia luminosa. Para se compreender a

Para se compreender a oposição exercida por determinados elementosoposição exercida por determinados elementos às

àspartículas elementarespartículas elementares, é preciso conhecer os atributos , é preciso conhecer os atributos destas partesdestas partes minúsculas do Cosmos. Cada partícula é composta por massa, carga e minúsculas do Cosmos. Cada partícula é composta por massa, carga e rotação, podendo ser concebida como um mínimo círculo em estado de rotação, podendo ser concebida como um mínimo círculo em estado de rotação.

rotação.

Assim, cada um destes elementos tem como contrapartida uma partícula Assim, cada um destes elementos tem como contrapartida uma partícula oposta, que deve ser imaginada como um espelho de sua

oposta, que deve ser imaginada como um espelho de sua imagemimagem. Ou seja,. Ou seja, aa antipartículaantipartícula, como ela é , como ela é conhecida, tem massa similar, mas as outrasconhecida, tem massa similar, mas as outras características se opõem às de sua correspondente. Se, por

características se opõem às de sua correspondente. Se, por exemplo, o elétronexemplo, o elétron tem a carga negativa, sua partícula

tem a carga negativa, sua partícula oposta, o pósitron, é imbuída por oposta, o pósitron, é imbuída por umauma carga positiva.

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chamada

chamadaantimatériaantimatéria, que até hoje , que até hoje não foi encontrada no Cosmos em altanão foi encontrada no Cosmos em alta concentração. Assim, as estrelas, planetas, ou seja, corpos substanciais, são concentração. Assim, as estrelas, planetas, ou seja, corpos substanciais, são mesmo formados por matéria, não por seu oposto, que

mesmo formados por matéria, não por seu oposto, que na verdade é mais umana verdade é mais uma forma de se conceber a presença da

forma de se conceber a presença da simetria no Universo.simetria no Universo.

Partícula subatômica

As partículas elementares da

As partículas elementares da matéria, também chamadas dematéria, também chamadas de partículaspartículas subatômicas

subatômicas ((português brasileiroportuguês brasileiro)) ouou subatómicassubatómicas ((português europeuportuguês europeu)), são as menores, são as menores porções de

porções dematéria-energiamatéria-energia conhecidas.conhecidas. O termo

O termo partícula partícula deriva do latimderiva do latim particula particulae significa parte muito pequena,e significa parte muito pequena, corpo diminuto ou

corpo diminuto ou corpúsculocorpúsculo..

Esses minúsculos elementos ou corpúsculos (se assim podemos nos

Esses minúsculos elementos ou corpúsculos (se assim podemos nos permitir apermitir a definir) estão na base de tudo o que existe no

definir) estão na base de tudo o que existe no UniversoUniverso, sendo atualmente, sendo atualmente entendidos como estados da

entendidos como estados da matériamatéria ee energiaenergia.. Definição

Definição Em

Em físicafísica, partícula , partícula subatômica/subasubatômica/subatómica, é a tómica, é a designação genérica daquelas,designação genérica daquelas, cujas dimensões são muito menores que as de um

cujas dimensões são muito menores que as de um átomoátomo. Entre as partículas. Entre as partículas subatômicas/sub

subatômicas/subatómica, existem determinadas denominações, que atómica, existem determinadas denominações, que foramforam escolhidas para designar os

escolhidas para designar os números quânticosnúmeros quânticos. O conhecimento das. O conhecimento das propriedades dessas partículas deu-se a partir do fi

propriedades dessas partículas deu-se a partir do final do século XIX.nal do século XIX. No decorrer do século XX,

No decorrer do século XX, foi comprovada a existência de aproximadamentefoi comprovada a existência de aproximadamente 200 destes corpúsculos. Neste período, foram descobertas muitas das leis que 200 destes corpúsculos. Neste período, foram descobertas muitas das leis que governam as inter-relações e interações entre essas partículas, as forças governam as inter-relações e interações entre essas partículas, as forças ee campos que regem o Universo. Sua quantidade e complexidade levaram ao campos que regem o Universo. Sua quantidade e complexidade levaram ao desenvolvimento de formulações matemáticas cada vez mais complexas, na desenvolvimento de formulações matemáticas cada vez mais complexas, na tentativa de predizer

tentativa de predizer seu comportamento.seu comportamento.

Atualmente, os estudiosos, através de exercícios teóricos e experimentos Atualmente, os estudiosos, através de exercícios teóricos e experimentos práticos, buscam teorias para unificar e

práticos, buscam teorias para unificar e simplificar o estudo da estruturasimplificar o estudo da estrutura universal, cujo tecido se desdobra a cada nova

universal, cujo tecido se desdobra a cada nova descoberta.descoberta. Os Físicos que

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têm razões para receberem estes nomes. Estas nos dão uma ideia

têm razões para receberem estes nomes. Estas nos dão uma ideia aproximadaaproximada das propriedades singulares desses

das propriedades singulares dessescorpúsculoscorpúsculos, cujas dimensões são, cujas dimensões são inferiores à do

inferiores à do átomoátomo.. [

[ editar editar ]Histórico ]Histórico

No final do século XIX, em 1897, foi descoberta a primeira partícula por

No final do século XIX, em 1897, foi descoberta a primeira partícula por JosephJoseph

John Thomson

John Thomson, o, o elétronelétron.. Ernest Rutherford

Ernest Rutherford, bombardeando uma chapa metálica com, bombardeando uma chapa metálica com partículas alfapartículas alfa,, descobriu que apenas uma pequena fração dessas sofria desvio de trajetória. descobriu que apenas uma pequena fração dessas sofria desvio de trajetória. Com isso, concluiu que as partículas que não

Com isso, concluiu que as partículas que não se desviavam não encontravam,se desviavam não encontravam, no metal, obstáculo que causasse a deflexão de sua

no metal, obstáculo que causasse a deflexão de sua trajetória. Dessa forma,trajetória. Dessa forma, criou um modelo, no qual os

criou um modelo, no qual os elétronselétrons giravam em torno dogiravam em torno do núcleo atômiconúcleo atômico, que, que considerou a região central do átomo, onde havia

considerou a região central do átomo, onde havia a maior parte daa maior parte da massamassa

atômica

atômica.. [

[ editar editar ]Órbitas ]Órbitas

O modelo de Rutherford se baseava em

O modelo de Rutherford se baseava em órbitas eletrônicasórbitas eletrônicas, isto é, comparáveis, isto é, comparáveis a um

a um sistema planetáriosistema planetário. O cientista chegou à conclusão de que a maior parte. O cientista chegou à conclusão de que a maior parte do átomo se encontra vazia, estando praticamente a totalidade de

do átomo se encontra vazia, estando praticamente a totalidade de sua

sua massamassa no núcleo, este sendo em torno de no núcleo, este sendo em torno de dez mil vezes menor quedez mil vezes menor que oo átomoátomo..

[

[ editar editar ]A quantidade de partículas ]A quantidade de partículas subatômicassubatômicas Depois da descoberta do núcleo em

Depois da descoberta do núcleo em 19111911, já foi , já foi comprovada a existência decomprovada a existência de muitas partículas subatômicas. Desde aquela época, foram

muitas partículas subatômicas. Desde aquela época, foram estabelecidas leisestabelecidas leis fundamentais da matéria-energia que governam suas inter-relações,

fundamentais da matéria-energia que governam suas inter-relações,

predizendo o comportamento das sub-partículas. Isso levou os cientistas a predizendo o comportamento das sub-partículas. Isso levou os cientistas a procurarem encontrar soluções teóricas que unifiquem e simplifiquem o estudo procurarem encontrar soluções teóricas que unifiquem e simplifiquem o estudo da estrutura básica do

da estrutura básica do UniversoUniverso.. [

[ editar editar ]Alguns tipos mais comuns ]Alguns tipos mais comuns partículas alfa

partículas alfa que, resumidamente, é o núcleo deque, resumidamente, é o núcleo de héliohélio emitido em umemitido em um processo

processo radioativoradioativo;;partícula betapartícula beta,, elétronelétronouou pósitronpósitron emitido num processoemitido num processo de

de desintegração nuclear desintegração nuclear , possuidor de, possuidor de energia cinéticaenergia cinética;; íonsíons;;elétronselétrons,, os

os prótonsprótons; etc.; etc.

Classificam-se, também, as partículas elementares, aquelas que

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leptônico

leptônico;; número bariôniconúmero bariônico;; estranhezaestranheza;(Incluem-se nesta classe os;(Incluem-se nesta classe os léptonsléptons;; os

os mésonsmésons; os; os bárionsbárions;; oo fótonfóton, os, os bósonsbósons WW ee ZZ e ase as respectivas

respectivasantipartículasantipartículas).). [

[ editar editar ] Partículas elementares ] Partículas elementares da matériada matéria



 QuarksQuarks 

 LeptõesLeptões (br: Léptons(br: Léptons)) 

 MesõesMesões (br:(br: MésonsMésons)) 

 BariõesBariões (br:(br: BárionsBárions))

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[ editar editar ]Partículas energéticas e imaginárias ]Partículas energéticas e imaginárias



 FotãoFotão (br:(br: FótonFóton)) 

 GravitãoGravitão (br: Gráviton(br: Gráviton))

Evolução Átomo Evolução Átomo Demócrito

Demócrito

Por volta de 400 anos a.C. filósofo grego Demócrito sugeriu que a matéria não é contínua, isto é, Por volta de 400 anos a.C. filósofo grego Demócrito sugeriu que a matéria não é contínua, isto é, ela é feita de minúsculas partículas indivisíveis. Essas partículas foram chamadas de átomos (a ela é feita de minúsculas partículas indivisíveis. Essas partículas foram chamadas de átomos (a palavra átomo significa, em grego, indivisível)

palavra átomo significa, em grego, indivisível)

Demócrito postulou que todas as variedades de matéria resultam da combinação de átomos de Demócrito postulou que todas as variedades de matéria resultam da combinação de átomos de quatro elementos: terra, ar, fogo e água.

quatro elementos: terra, ar, fogo e água.

Demócrito baseou seu modelo na intuição e na lógica. No entanto foi rejeitado por um dos Demócrito baseou seu modelo na intuição e na lógica. No entanto foi rejeitado por um dos

maiores lógicos de todos os tempos, o filosofo Aristóteles. Este reviveu e fortaleceu o modelo de maiores lógicos de todos os tempos, o filosofo Aristóteles. Este reviveu e fortaleceu o modelo de matéria contínua, ou seja, a matéria como "um inteiro". Os argumentos de Aristóteles

matéria contínua, ou seja, a matéria como "um inteiro". Os argumentos de Aristóteles permaneceram até a Renascença.

permaneceram até a Renascença. Modelo de Dalton

Modelo de Dalton

Todo modelo não deve ser somente lógico, mas também consistente com a experiência. No século Todo modelo não deve ser somente lógico, mas também consistente com a experiência. No século XVII, experiências demonstraram que o comportamento das substâncias era inconsistente com a XVII, experiências demonstraram que o comportamento das substâncias era inconsistente com a idéia de matéria contínua e o modelo de Aristóteles desmoronou.

idéia de matéria contínua e o modelo de Aristóteles desmoronou. Em 1808, John Dalton, um professor inglês, propôs a idéia

Em 1808, John Dalton, um professor inglês, propôs a idéia de que as propriedades da de que as propriedades da matériamatéria podem ser explicadas em termos de comportamento de partículas finitas, unitárias. Dalton podem ser explicadas em termos de comportamento de partículas finitas, unitárias. Dalton

acreditou que o átomo seria a partícula elementar, a menor unidade de matéria. acreditou que o átomo seria a partícula elementar, a menor unidade de matéria. Surgiu assim o modelo de Dalton:

Surgiu assim o modelo de Dalton: átomos vistos como esferas minúsculas, rígidas e átomos vistos como esferas minúsculas, rígidas e indestrutíveis.indestrutíveis. Todos os átomos de um elemento são

Todos os átomos de um elemento são idênticos.idênticos. Modelo de Thomson

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Thomson concluiu que o elétron deveria ser um componente de toda matéria, pois observou que a Thomson concluiu que o elétron deveria ser um componente de toda matéria, pois observou que a relação q/m para os raios catódicos tinha o mesmo valor, qualquer que fosse o gás colocado na relação q/m para os raios catódicos tinha o mesmo valor, qualquer que fosse o gás colocado na ampola de vidro.

ampola de vidro.

Em 1989, Thomson apresentou o seu modelo atômico: uma esfera de carga positiva na qual os Em 1989, Thomson apresentou o seu modelo atômico: uma esfera de carga positiva na qual os elétrons, de carga negativa, estão distribuídos mais ou menos uniformemente. A carga positiva elétrons, de carga negativa, estão distribuídos mais ou menos uniformemente. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera.

está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. Modelo nuclear (Rutherford)

Modelo nuclear (Rutherford)

Em 1911, Lord Rutherford e colaboradores (Geiger e Marsden) bombardearam uma lâmina Em 1911, Lord Rutherford e colaboradores (Geiger e Marsden) bombardearam uma lâmina

metálica delgada com um feixe de partículas alfa atravessava a lâmina metálica sem sofrer desvio metálica delgada com um feixe de partículas alfa atravessava a lâmina metálica sem sofrer desvio na sua trajetória (para cada 10.000 partículas alfa que atravessam sem desviar, uma era desviada). na sua trajetória (para cada 10.000 partículas alfa que atravessam sem desviar, uma era desviada). Para explicar a experiência, Rutherford concluiu que o átomo não era uma bolinha maciça.

Para explicar a experiência, Rutherford concluiu que o átomo não era uma bolinha maciça.

Admitiu uma parte central positiva muito pequena mas de grande massa ("o núcleo") e uma parte Admitiu uma parte central positiva muito pequena mas de grande massa ("o núcleo") e uma parte envolvente negativa e relativamente enorme ("a eletrosfera ou coroa"). Se o átomo tivesse o envolvente negativa e relativamente enorme ("a eletrosfera ou coroa"). Se o átomo tivesse o tamanho do Estádio do Morumbi, o núcleo seria o tamanho de uma azeitona.

tamanho do Estádio do Morumbi, o núcleo seria o tamanho de uma azeitona. Surgiu assim o modelo nuclear do

Surgiu assim o modelo nuclear do átomo.átomo.

O modelo de Rutherford é o modelo planetário do átomo, no qual os elétrons descrevem um O modelo de Rutherford é o modelo planetário do átomo, no qual os elétrons descrevem um movimento circular ao redor do núcleo, assim como os planetas se movem ao redor do sol. movimento circular ao redor do núcleo, assim como os planetas se movem ao redor do sol. Modelo de Bohr

Modelo de Bohr

O modelo planetário de Rutherford apresenta duas falhas: O modelo planetário de Rutherford apresenta duas falhas:

Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire movimento espiralado em sua direção acabando por colidir com ela.

movimento espiralado em sua direção acabando por colidir com ela.

Essa carga em movimento perde energia, emitindo radiação. Ora, o átomo no seu estado normal Essa carga em movimento perde energia, emitindo radiação. Ora, o átomo no seu estado normal não eite raidação.

não eite raidação.

Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr expôs uma idéia que modificou o modelo planetário do Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr expôs uma idéia que modificou o modelo planetário do átomo.

átomo.

Um elétron num átomo só pode ter certas energias específicas, e cada uma destas energias Um elétron num átomo só pode ter certas energias específicas, e cada uma destas energias

corresponde a uma órbita particular. Quanto maior a energia do elétron, mais afastada do núcleo corresponde a uma órbita particular. Quanto maior a energia do elétron, mais afastada do núcleo se localiza a sua órbita.

se localiza a sua órbita.

Se o elétron receber energia ele pula para uma órbita mais afastada do núcleo. Por irradiação de Se o elétron receber energia ele pula para uma órbita mais afastada do núcleo. Por irradiação de energia, o elétron pode cair numa órbita mais próxima do núcleo. No entanto, o elétron não pode energia, o elétron pode cair numa órbita mais próxima do núcleo. No entanto, o elétron não pode cair abaixo de sua órbita normal estável.

cair abaixo de sua órbita normal estável.

Mais tarde, Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares mas elípticas também. Mais tarde, Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares mas elípticas também. Modelo orbital

Modelo orbital

Sabe-se hoje que é impossível determinar a órbita (trajetória) de um elétron. Pode-se determinar a Sabe-se hoje que é impossível determinar a órbita (trajetória) de um elétron. Pode-se determinar a probabilidade relativa de encontrar o elétron numa certa região ao redor do núcleo.

probabilidade relativa de encontrar o elétron numa certa região ao redor do núcleo.

Imagindo uma pessoa munida de uma lanterna em um quarto escuro. Essa pessoa move-se ao Imagindo uma pessoa munida de uma lanterna em um quarto escuro. Essa pessoa move-se ao acaso pelo quarto e de tempo em tempo ela acende e apaga a lanterna. Em um papel milimetrado acaso pelo quarto e de tempo em tempo ela acende e apaga a lanterna. Em um papel milimetrado vamos marcar a posição da pessoa. Quando a lanterna acende sabe-se onde a pessoa estava, mas vamos marcar a posição da pessoa. Quando a lanterna acende sabe-se onde a pessoa estava, mas

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Orbital é a região de máxima probabilidade de encontrar o elétron. Orbital é a região de máxima probabilidade de encontrar o elétron. Orbital é a região onde o elétron gasta a maior parte do seu tempo. Orbital é a região onde o elétron gasta a maior parte do seu tempo. Teoria dos Quarks

Teoria dos Quarks

A teoria mais moderna afirma que existe apenas 12 partículas elementares: seis chamadas léptons A teoria mais moderna afirma que existe apenas 12 partículas elementares: seis chamadas léptons (o elétron faz parte deste grupo) e outras seis chamadas quarks.

(o elétron faz parte deste grupo) e outras seis chamadas quarks.

Dois tipos de quarks, o up (para cima) e o down (para baixo), formam os prótons e os nêutrons. Dois tipos de quarks, o up (para cima) e o down (para baixo), formam os prótons e os nêutrons. O quark up tem carga +2/3 enquanto o down tem carga -1/3. O próton é um agregado de dois up e O quark up tem carga +2/3 enquanto o down tem carga -1/3. O próton é um agregado de dois up e um down enquanto o nêutron é constituído por

um down enquanto o nêutron é constituído por um up e dois down.um up e dois down.

Dois outros quarks foram batizados de charm (charme) e strange (estranho). O charm tem carga Dois outros quarks foram batizados de charm (charme) e strange (estranho). O charm tem carga +2/3 enquanto o strange tem carga -1/3. Existem nos raios cósmicos.

+2/3 enquanto o strange tem carga -1/3. Existem nos raios cósmicos. Em 1997, foi descoberto o quinto quark, o

Em 1997, foi descoberto o quinto quark, o bottom, enquanto o sexto e último bottom, enquanto o sexto e último quark, o top, foiquark, o top, foi identificado em 1995.

identificado em 1995.

O top tem carga -2/3 e o bottom, -1/3. O top tem carga -2/3 e o bottom, -1/3.

O top é o mais pesado dos quarks (200 vezes mais pesado que um próton) e não está presente nem O top é o mais pesado dos quarks (200 vezes mais pesado que um próton) e não está presente nem em fenômenos normais da natureza nem em raios cósmicos, devido à alta energia exigida para sua em fenômenos normais da natureza nem em raios cósmicos, devido à alta energia exigida para sua formação. O top deve ter sido produzido no início do universo e depois pode ter desaparecido. formação. O top deve ter sido produzido no início do universo e depois pode ter desaparecido.