é muitas vezes alegado que os gregos antigos foram os primeiros a identificar objetos que não têm tamanho, mas são capazes de construir o mundo ao nosso redor através de suas interações. E como somos capazes de observar o mundo em detalhes mais pequenos e mais pequenos através de microscópios de poder crescente, é natural perguntar-se de que esses objetos são feitos.

acreditamos ter encontrado alguns desses objetos: partículas subatômicas, ou partículas fundamentais, que não têm tamanho não podem ter subestrutura. Estamos agora procurando explicar as propriedades dessas partículas e trabalhando para mostrar como elas podem ser usadas para explicar o conteúdo do universo.

Existem dois tipos de partículas fundamentais: partículas de matéria, algumas das quais se combinam para produzir o mundo sobre nós, e partículas de força – uma das quais, o fóton, é responsável pela radiação eletromagnética. Estes são classificados no modelo padrão da física de partículas, que teoriza como os blocos básicos de construção da matéria interagem, governados por forças fundamentais. Partículas de matéria são férmions enquanto partículas de força são bosões.

partículas de matéria: quarks e leptões

partículas de matéria são divididas em dois grupos: quarks e leptões – existem seis destes, cada um com um parceiro correspondente.

Leptons são divididos em três pares. Cada par tem uma partícula elementar com uma carga e uma SEM carga – uma que é muito mais leve e extremamente difícil de detectar. O mais leve destes pares é o elétron e o elétron-neutrino.

o elétron carregado é responsável por correntes elétricas. O seu parceiro não carregado, conhecido como neutrino electrão, é produzido copiosamente ao sol e estes interagem de forma tão fraca com os seus arredores que passam sem entraves através da Terra. Um milhão deles passa por cada centímetro quadrado do teu corpo a cada segundo, dia e noite. neutrinos-elétrons são produzidos em números inimagináveis durante explosões de supernovas e são essas partículas que dispersam elementos produzidos pela queima nuclear no universo. Estes elementos incluem o carbono do qual somos feitos, o oxigênio que respiramos, e quase tudo o resto na terra. Portanto, apesar da relutância dos neutrinos em interagir com outras partículas fundamentais, elas são vitais para a nossa existência. Os outros dois pares de neutrinos (chamados Muon e Muon neutrino, tau e tau neutrino) parecem ser apenas versões mais pesadas do elétron.

Uma vez que a matéria normal não contém estas partículas, pode parecer que elas são uma complicação desnecessária. No entanto, durante os primeiros um a dez segundos do universo após o Big Bang, eles tiveram um papel crucial a desempenhar no estabelecimento da estrutura do universo em que vivemos – conhecido como a época de Lepton.

os seis quarks também são divididos em três pares com nomes extravagantes.: “up” com “down”, “charm” com “strange”, e “top” com “bottom” (anteriormente chamado de “verdade” e “beleza”, embora lamentavelmente mudado). Os quarks para cima e para baixo unem-se para formar os protões e neutrões que se encontram no coração de cada átomo. Novamente, apenas o mais leve par de quarks são encontradas na matéria normal, o charme/estranho e superior/inferior pares parecem desempenhar nenhum papel no universo como ele existe hoje, mas, como o mais pesado léptons, desempenhou um papel nos primeiros momentos do universo e ajudaram a criar aquela que é passível de nossa existência.

Force particles

There are six force particles in the standard model, which create the interactions between matter particles. Estão divididas em quatro forças fundamentais: gravitacionais, eletromagnéticas, fortes e fracas.um fóton é uma partícula de luz e é responsável por campos elétricos e magnéticos, criados pela troca de fótons de um objeto carregado para outro.

o glúon produz a força responsável por manter os quarks juntos para formar protões e nêutrons, e para manter esses prótons e nêutrons juntos para formar núcleos mais pesados.

três partículas denominadas “W plus”,” W minus “e” Z zero ” – referidos como bósons vetoriais intermediários – são responsáveis pelo processo de decaimento radioativo e pelos processos no sol que fazem com que brilhe. Acredita-se que uma partícula de sexta força, o gravitão, seja responsável pela gravitação, mas ainda não foi observada.

Anti-matéria: a realidade da ficção científica

também sabemos da existência de anti-matéria. Este é um conceito muito amado pelos escritores de ficção científica, mas realmente existe. Foram observadas frequentemente partículas anti-matéria. Por exemplo, o positrão (a anti-partícula do elétron) é usado na medicina para mapear os nossos órgãos internos usando tomografia de emissão de positrões (PET). Famosamente, quando uma partícula Encontra a sua anti-partícula, ambas se aniquilam e uma explosão de energia é produzida. Um scanner de animais de estimação é usado para detectar isso.

Cada uma das partículas de matéria acima tem um parceiro de partículas, que tem a mesma massa, mas carga elétrica oposta, de modo que podemos dobrar o número de partículas de matéria (seis quarks e seis léptons) para chegar a um número final de 24.

damos quarks de matéria um número de quarks +1 e quarks anti-matéria um valor de -1. Se somarmos o número de quarks de matéria mais o número de quarks de antimatéria então obtemos o número líquido de quarks no universo, isso nunca varia. Se tivermos energia suficiente podemos criar qualquer um dos quarks de matéria desde que criemos um quark anti-matéria ao mesmo tempo. Nos primeiros momentos do universo estas partículas estavam sendo criadas continuamente – agora elas só são criadas nas colisões de raios cósmicos com a atmosfera de planetas e estrelas.

the famous Higgs boson

There is a final particle which completes the roll call of particles in what is referred as the standard model of particle physics so far described. É o Higgs, previsto por Peter Higgs, há 50 anos, e cuja descoberta no CERN, em 2012 levou a um Prêmio Nobel de Higgs e François Englert.

o bosão de Higgs é uma partícula ímpar: é a segunda mais pesada das partículas modelo padrão e resiste a uma explicação simples. Diz-se muitas vezes que é a origem da massa, o que é verdade, mas enganadora. Ele dá massa aos quarks, e quarks compõem os prótons e nêutrons, mas apenas 2% da massa de prótons e nêutrons é fornecida pelos quarks, e o resto é a partir da energia nos glúons.

neste ponto temos contabilizado todas as partículas exigidas pelo modelo padrão: seis partículas de força, 24 partículas de matéria e uma partícula de Higgs – um total de 31 partículas fundamentais. Apesar do que sabemos sobre eles, Suas Propriedades não foram medidas o suficiente para nos permitir dizer definitivamente que essas partículas são tudo o que é necessário para construir o universo que vemos ao nosso redor, e certamente não temos todas as respostas. A próxima corrida do Grande Colisor de Hádrons nos permitirá refinar nossas medições de algumas dessas propriedades-mas há outra coisa.

Mas a teoria ainda está errado

A bela teoria, o modelo padrão, foi testado e re-testado ao longo de duas décadas e mais; e nós não temos ainda feita uma medição que está em contradição com nossas previsões. Mas sabemos que o modelo padrão deve estar errado. Quando colidimos duas partículas fundamentais juntas, um número de resultados são possíveis. Nossa teoria nos permite calcular a probabilidade de que qualquer resultado em particular possa ocorrer, mas em energias além das quais temos alcançado até agora, prevê que alguns desses resultados ocorrem com uma probabilidade superior a 100% – claramente sem sentido.

físicos teóricos têm gasto muito esforço em tentar construir uma teoria que dá respostas sensatas a todas as energias, ao mesmo tempo em que dá a mesma resposta que o modelo padrão em todas as circunstâncias em que o modelo padrão foi testado.

a modificação mais comum implica que existem partículas muito pesadas por descobrir. O facto de serem pesados significa que será necessária muita energia para os produzir. As propriedades dessas partículas extras podem ser escolhidas para garantir que a teoria resultante dê respostas sensatas a todas as energias, mas elas não têm efeito nas medições que concordam tão bem com o modelo padrão.

O número destas partículas não descobertas e ainda não vistas depende da teoria em que você escolhe acreditar. A classe mais popular dessas teorias são chamadas teorias supersimétricas e elas implicam que todas as partículas que vimos têm uma contraparte muito mais pesada. No entanto, se forem demasiado pesadas, surgirão problemas com as energias que podemos produzir antes de estas partículas serem encontradas. Mas as energias que serão alcançadas na próxima corrida do LHC são altas o suficiente para que uma ausência de novas partículas seja um golpe para todas as teorias supersimétricas.