AGRUPAMENTO DE ESCOLAS DE MONTEMOR-O-VELHO

Física de Partículas

Física 12º Ano

Professor Júlio Mariano

David Rama Nº9

Francisco Mendes Nº10

João Munhoz Nº15

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Índice

O que é? ................................................................................................................................... 3

Partículas Fundamentais ........................................................................................................... 4

Aceleradores de Partículas ........................................................................................................ 5

Large Hadron Collider (LHS) ...................................................................................................... 6

Utilizações ................................................................................................................................ 7

Interações entre Partículas ....................................................................................................... 8

O Modelo Padrão ...................................................................................................................... 8

Legenda .................................................................................................................................. 10

Curiosidade ............................................................................................................................. 11

Webgrafia ............................................................................................................................... 12

Belle ll | Particles accelerator .................................................................................................. 13

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O que é?

A Física de Partículas é o ramo da física que estuda os constituintes elementares

das partículas, assim como a radiação que estas libertam e as interações que têm entre

si. Já foram descobertas, identificadas e classificadas mais de 300 novas partículas

subatómicas.

São investigadas e testadas, conforme a utilização de energia extremamente alta,

as propriedades das partículas elementares, as suas estruturas e as interações a que estão

submetidas entre si.

A grande questão da Física das Partículas é “Como é constituída a matéria?” e,

até agora, sabe-se que todas as partículas se podem transformar umas nas outras.

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Partículas Fundamentais

No filme de 2016 “Homem-Formiga”, o traje do personagem principal ajudou-o

a diminuir para o tamanho de uma formiga. No final do filme, ele encolheu tanto que

entrou no que o filme chamava de ''reino quântico''. Ele encolheu a um tamanho tão

minúsculo que se tornou menor que as menores partículas conhecidas pelo homem,

quando começou a “encolher por toda a eternidade.” Embora o filme não tenha entrado

em detalhes, tivemos um vislumbre de quão pequenas podem ser as partículas que

compõem nosso universo.

Ao pensar em partículas, a maioria de nós conhece o eletron, o proton e o

neutron. Sabia que existem dezenas de outras partículas e combinações de partículas? O

que exatamente são essas partículas?

• Eletrão - partícula fundamental do átomo com carga negativa e massa 1840

vezes inferior à do protão (ou do neutrão);

• Protão - partícula fundamental do átomo com carga positiva e massa

aproximadamente igual à do neutrão;

• Neutrão - partícula fundamental do átomo com carga neutra e massa

aproximadamente igual à do protão.

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Aceleradores de Partículas

Aceleradores de Partículas são laboratórios gigantes. Por fora, parecem grandes

túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilómetros de extensão.

Dentro deles, as partículas que compõem os átomos – como protons e eletrons – são

aceleradas a velocidades próximas à da luz (V=3,0x10^8) para que elas possam

bombardear núcleos atómicos estáveis.

A utilização desse tipo de equipamento é muito importante, afinal de contas,

somente com ele é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes

menores que o átomo.

Existem diversos tipos de aceleradores de partículas, como: Aceleradores de

eletrons (o Sirius e o Max IV), Colisores de Partículas (como o CERN) e os

Aceleradores de Protons (como o PSI e o ESS).

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Large Hadron Collider (LHS)

O Large Hadron Collider é o maior acelerador de partículas do mundo, situado

na Suíça e França, que consiste num anel com 27 km de ímãs supercondutores com

várias estruturas de aceleração para aumentar a energia das partículas ao longo do

caminho, conseguindo atingir a energia de um protão em repouso 14 mil vezes.

Dentro do acelerador, dois feixes de partículas de alta energia viajam perto da

velocidade da luz antes de serem colididos. Eles são guiados ao redor do anel do

acelerador por um forte campo magnético mantido por eletroímanes supercondutores.

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Utilizações

Os aceleradores são utilizados na

medicina para a produção de radioisótopos,

substâncias químicas que um paciente pode

ingerir para realizar exames de diagnósticos

não invasivos para determinar se tem

cancro.

Existe também a hadronterapia, método de tratamento do cancro, que apesar de

ter custos bastante elevados, pode ser promissor nesta área. O seu objetivo é fornecer ao

tumor uma dose de radiação suficientemente alta e uniformemente distribuída, de forma

a poupar os tecidos adjacentes saudáveis dos efeitos da radiação.

É um método muito complicado, não só pelo seu absurdo valor, mas também por

todas as implicações e diferentes fatores, como por exemplo a determinação eficiente do

volume a ser tratado e a distribuição eficaz da dose.

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Interações entre Partículas

Interação fundamental é uma das quatro forças básicas - gravitacional,

eletromagnética, forte e fraca - que governam os objetos e partículas que interagem e

como determinadas partículas decaem. Todas as forças conhecidas da natureza podem

ser atribuídas a essas interações fundamentais. As interações fundamentais são

caracterizadas com base nos quatro critérios a seguir:

• os tipos de partículas que experimentam a força;

• a força relativa da força;

• o intervalo em que a força é efetiva;

• a natureza das partículas que mediam a força.

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O Modelo Padrão

O modelo padrão é uma teoria de um sucesso extraordinário, cuja consistência é

comprovada por todas as experiências existentes. Porém, contém muitos mistérios e

muitas questões abertas, algumas das quais acreditamos não ser de fácil solução. Os

elementos mais misteriosos do modelo padrão são as massas e as combinações dos

constituintes básicos da matéria, que acreditamos hoje serem os quarks e os leptons.

Estes têm um espectro muito estranho de massa.

A massa de um quark top é cem mil vezes a de um quark up. Os quarks se unem

formando variados tipos de interações. Os neutrinos, por sua vez, têm um padrão de

massas ainda mais estranho. De onde veio esse espectro? A respeito disso, o modelo

padrão não fornece boas ideias, e o mesmo ocorre com as extensões teóricas simples do

modelo padrão.

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Legenda

Fermião: um fermião é uma categoria de partículas elementares, muito leves e

pequenos, que tem spin semi-inteiro (por exemplo, 1/2, 3/2, 5/2, etc. de unidades de

spin). O seu nome foi dado em homenagem ao famoso cientista e físico Enrico Fermi.

Como o spin não é um número inteiro, os fermiões obedecem a uma regra chamada

Princípio de Exclusão de Pauli. Esta regra estabelece que dois fermiões não podem

existir no mesmo estado quântico e local ao mesmo tempo. Para além disso, os fermiões

seguem a Distribuição de Fermi-Dirac, usada para descrever o estado macroscópico de

um sistema feito de fermiões.

Neutrino: Um neutrino é uma partícula subatómica neutra, ou seja, sem carga

elétrica, muito pequena e com massa insignificante, de tal forma que após a sua

descoberta pensavam que não possuía massa, que interage com outras partículas apenas

por meio de gravidade e da força nuclear fraca e a sua abundância é tão grande que é a

segunda partícula mais abundante do Universo.

Quarks: Quarks são constituintes elementares dos protons e neutrons.

Atualmente são classificados em seis tipos e observados indiretamente, através de

aceleradores de partículas. Seus nomes são engraçados, o que torna fácil lembrá-los: up,

down, charm, strange, bottom e top.

Leptons: Léptons são partículas maciças encontradas fora do núcleo atômico.

Constituem-se de seis tipos: elétron, muon, todos de carga –1, e mais três neutrinos de

carga zero e massa quase zero associados às três partículas anteriores, o eletron-

neutrino, o muon-neutrino e o tau-neutrino.

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Curiosidade

Para cada tipo de partícula de matéria que encontramos, existe uma partícula

correspondente de antimatéria ou uma antipartícula, ou seja, para cada um dos seis

leptons, há um lepton de antimatéria (antilepton), o mesmo valendo para os quarks.

A antimatéria é uma partícula de igual massa, porém de carga oposta. A

antipartícula de um quark é denominada antiquark, a antipartícula de um proton é um

antiproton, e assim por diante. A única exceção é que um antieletron é chamado de

positron.

Quando uma partícula de matéria e uma partícula de antimatéria se encontram,

elas se aniquilam, transformando-se em energia.

Se a antimatéria e a matéria são exatamente iguais, mas opostas, então por

que há muito mais matéria do que antimatéria no universo?

Não sabemos ainda!! Essa é uma pergunta que tira o sono dos físicos.

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Webgrafia

• https://observador.pt/seccao/ciencia/fisica-ciencia/fisica-de-particulas-fisica-

ciencia/

• https://brasilescola.uol.com.br/fisica/fisica-particulas-estudo-das-particulas-

elementares.htm

• https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_de_part%C3%ADculas

• https://www.infopedia.pt/$fisica-de-particulas

https://home.cern/science/accelerators/large-hadron-collider

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Belle ll | Particles accelerator

Comandos

• Q e E para olhar para a esquerda e direita;

• R e F para cima e para baixo;

• W A S D como num jogo (frente, esquerda, trás, direita);

• Espaço para selecionar

• ENTER menu

• Fechar TAB+Alt

Link

http://www1.phys.vt.edu/~piilonen/VR/Belle_II_VR_WebGL/