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Estudar física vai muito além de conhecer aquilo que é abstrato ou inerte. A física de partículas, por exemplo, ramo da ciência que estuda partes elementares da matéria e da radiação, além da interação entre elas e suas aplicações, abre um mundo de possibilidades para quem se aventura a pesquisar sobre o assunto. Tudo, afinal, é feito de partículas.
Também chamada de física de altas energias, pois muitas partículas elementares só podem ser detectadas a energias elevadas, essa área tem sido explorada por pesquisadores cujo foco está, principalmente, voltado para as partículas subatômicas (elétrons, prótons, nêutrons, fótons, neutrinos, múons e muitas outras), que têm dimensões menores que as dos átomos.
A seguir, o professor Jun Takanashi, físico da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e pesquisador do LHC, o Grande Colisor de Hádrons do CERN, explica de maneira didática e simplificada como se deu a evolução do campo das partículas atômicas.
-Primeiras descobertas:
"A história do início da física de partícula se mistura um pouco com o início da física nuclear. No fim do século 19, temos as primeiras descobertas importantes, que são a descoberta do raio-X pelo físico alemão Wilhelm Rontgen, em 1895, e a descoberta da radioatividade pelo físico francês Henri Becquerel, em 1896. Rontgen recebeu o Prêmio Nobel por esta descoberta em 1901 e Becquerel, em 1903. Hoje sabemos que os raios-X são os fótons, na forma de onda eletromagnética. Já a radioatividade de Becquerel são os elétrons, raios-gama e núcleos". (Jun Takanashi)
- O elétron é descoberto:
"Em 1897, o elétron - que é uma partícula fundamental - é descoberto pelo físico inglês J.J. Thomson em um experimento de tubos de raios catódicos. Este tubo é bastante similar aos tubos de TV que tínhamos nas casas até pouco tempo atrás. Thomson ganha o Prêmio Nobel por esta descoberta em 1906". (Jun Takanashi).
- O inicio da física experimental atômica:
"Em 1911, outro inglês, Ernest Rutherford, propõe o que nós chamamos de modelo atômico, baseando-se nos resultados de experimentos com radiação alfa e espalhamento da radiação em folhas finas de ouro. Sua teoria dizia que toda matéria seria formada por átomos, e estes são formados por núcleos massivos com carga positiva e elétrons negativos girando em torno do núcleo. Esta é a idéia de átomo que aprendemos na escola, com formato bastante parecido com a geometria do nosso sistema solar.
Hoje, contudo, sabemos que não é bem assim. Existem modelos atômicos que descrevem melhor o que observamos na natureza. Mas Rutherford foi o primeiro a considerar a existência de um núcleo no átomo e, por este motivo, é considerado o pai da física nuclear. Também é responsável pela descoberta do próton, que na época foi considerado uma partícula fundamental (o que, mais tarde, não foi confirmado). Ele ganhou o Nobel de química em 1908.
As descobertas do final do século 19 e início do século 20 são importantes, pois marcam o início da física subatômica, tanto o que hoje nós chamamos de física nuclear quanto a física de partículas. É, também, o início da física experimental subatômica, quando de fato são feitos experimentos para testar os modelos e as ideias". (Jun Takanashi).
Experimento de Ernest Rutherford
-Einstein e os pais da mecânica quântica impulsionam as pesquisas;
"Mas a progressão da física de partículas ainda dependia da evolução de teorias, em particular a da relatividade e a da mecânica quântica. Em 1905, Albert Einstein propõe a teoria da relatividade restrita, mostrando que a energia é proporcional a massa. Já em 1930, Paul Dirac, um físico inglês que estuda mecânica quântica, depara com um problema na sua teoria e, para resolvê-lo, postula que devam existir antipartículas, algo semelhante às partículas, só que com energia quântica negativa.
Hoje, sabemos que elas existem, e que são partículas iguais às que conhecemos, mas com carga elétrica oposta. Portanto, a antipartícula do elétron é o pósitron, que tem carga elétrica positiva.
Dirac recebeu o Nobel em 1933, ao lado do colega austríaco Erwin Schrodinger. Os dois são considerados os pais da mecânica quântica". (Jun Takanashi).
- Terceira força descoberta:
"Ainda no campo da teoria, um físico japonês chamado Hideki Yukawa desenvolveu a ideia de que as forças que atuam entre diferentes partículas são, na verdade, realizadas através da troca de outras partículas. É como se a informação da força exercida fosse enviada de uma partícula a outra através de uma terceira. Dentro desta ideia, Yukawa apontou que deveria existir uma partícula pequena, mas responsável por uma força grande que existe entre os prótons e os nêutrons de um núcleo. A comunidade da física começou, então, a buscar este elemento.
O que ocorreu nesta época é bem parecido com o que ocorre hoje, com a busca por uma partícula que será muito importante para comprovar uma teoria proposta. A partícula de Yukawa, que hoje chamamos de Méson Pi, foi descoberta em 1947 em um experimento de raios cósmicos na Bolívia, do qual o físico brasileiro César Lattes fez parte.
O chefe do experimento, Cecil Powell, ganhou o Prêmio Nobel em 1950. Yukawa recebeu a láurea em 1947". (Jun Takanashi)
- A descoberta da primeira antimatéria:
Em 1932, outro experimento com raios cósmicos, esse feito pelo físico americano Carl David Anderson, descobre a primeira antimatéria, o pósitron. Diz a lenda que, na época, ele achou que o pósitron recém-descoberto fosse a tal partícula de Yukawa que todos estavam procurando.
Anderson acabou ganhando o Prêmio Nobel em 1936, mesmo ano em que ele descobre o "primo" do elétron, conhecido como múon, uma partícula elementar que faz parte da família de partículas que chamamos de léptons".
- Os primeiros aceleradores de partículas:
"Como energia é igual à matéria, precisávamos de bastante energia para criar partículas - por isso que as primeiras descobertas ocorrem em experimentos de raios cósmicos, que são partículas que já chegam com muita energia na terra, vindas do cosmos. Dessa necessidade surgem os aceleradores de partículas, com o objetivo de realizar experimentos de forma mais controlada do que no caso dos raios cósmicos. O avanço tecnológico passa a ser muito importante para o desenvolvimento dessa área da física. O primeiro acelerador foi criado na costa leste dos Estados Unidos em 1931, por Van der Graaf, usando o campo elétrico. Logo em seguida, na costa oeste, Ernest Lawrence cria o Cíclotron, um novo tipo de acelerador que usa tanto o campo elétrico quanto o magnético para acelerar partículas".
- Novas partículas:
"Com o aparecimento dos aceleradores e o desenvolvimento de detectores, surge um nicho inteiro de novas partículas: Alfa, Lambda, Pion, Omega, Xi, Tau etc.
Eram tantas as novidades que foi necessário criar uma nova teoria. Não era possível que existissem tantas partículas elementares. Talvez cada uma destas fosse, na verdade, compostas por outras partículas menores ainda, mais fundamentais. Assim, dois físicos, Murray Gell-Mann e George Zweig, propõem em 1964 uma nova classificação de partículas e a idéia de que elas eram formadas por quarks.
Os Bárions, por exemplo, seriam formados por três quarks. Já os Mésons seriam formados por um par quark-antiquark.
Note que isso quer dizer que os prótons não mais seriam partículas indivisíveis, elementares. Existiriam partículas menores dentro dele. Nasc
- Comprovação dos neutrinos:
"O neutrino, partícula elementar do tipo lépton, 'parente' do elétron, foi inicialmente postulado em 1930 pelo físico austríaco, Wolfgang Pauli como uma partícula que não se enxergava, mas que deveria existir para que se resolvesse um problema de conservação de energia em um processo nuclear chamado decaimento beta. Na época, como não se enxergava essa partícula, levantou-se a hipótese de que ela tinha de ser muito leve, ou mesmo não ter massa, e não ter carga.
Hoje sabemos que os neutrinos existem e em grande quantidade. O sol produz muitos neutrinos, que chegam até nós em grandes quantidades. Mas como não gostam de interagir, simplesmente atravessam por nós sem fazer nada. A medida deles ainda é difícil, e até hoje os experimentos estão tentando medir a massa - já sabemos que têm massa, mas é muito pequena.
Em 1978, o físico americano Raymond Davis e sua equipe encheram um tanque subterrâneo em uma mina abandonada nos EUA com toneladas de detergente líquido para tentar capturar alguns neutrinos. Hoje, até o gelo no polo sul é usado como um gigante detector da partícula.
Detalhe interessante é que dentro do nosso modelo padrão existem três tipos de neutrinos, mas o que ocorre é que eles ficam mudando de identidade entre eles. Na verdade, eles oscilam entre os diferentes tipos, e esta oscilação é muito estudada, como em experimentos de aceleradores CERN ou mesmo em experimentos perto de reatores nucleares".e então o que hoje nós chamamos de modelo padrão da física de partículas, em que todas são formadas por combinações de quarks.
Além destes, teríamos os léptons (elétron, pósitron, múon, tau e neutrinos) e as partículas responsáveis pelas forças, que são os bósons".
- O núcleo de antimatéria mais pesado é descoberto:
"Em 1968, um experimento do acelerador de Stanford comprovou que o próton é realmente formado por algo menor do que ele e, portanto, ele não era mais uma partícula elementar. Desde então, aceleradores mais potentes e teorias mais arrojadas e complexas têm aumentado o número de descobertas.
Ano passado, no Colisor Relativístico de Íons Pesados, fizemos a descoberta do núcleo de antimatéria mais pesado visto até hoje, um núcleo anti-hélio. O fato foi considerado pela revista Discovery como uma das 100 mais importantes descobertas da ciência em 2011".
- Bóson de Higgs, a chave que falta:
"Atualmente, estamos quase confirmando a existência de uma das últimas grandes peças do quebra-cabeça, que é o Bóson de Higgs. Ele é importante dentro do nosso modelo padrão, pois explica a origem da massa das partículas.
Sabemos que energia e massa se relacionam, mas não sabemos como a massa é gerada ou porque existem partículas de massas tão diferentes. E o Bóson de Higgs, se existir, vai nos ajudar a entender melhor este problema".
Fonte:
http://www.terra.com.br/noticias/ciencia/infograficos/evolucao-da-fisica-de-particulas/
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