FÍSICA DAS PARTÍCULAS
Estuda as partículas elementares e as suas interacções
MODELO STANDARD
As partículas fundamentais (elementares):
• 12 fermiões de spin ½: 6 leptões e 6 hadrões
As interacções fundamentais:
•4 interacções: gravítica, electromagnética, forte e fraca
•mediadas pela troca de bosões de gauge
O bosão especial - Higgs
FERMIÕES ELEMENTARES
S=1/2
LEPTÕES
Name charge (e)
Symbol
mass energy
Família I
Electrão
-1
Name charge (e)
cor
Symbol
Le=Lµ=Lτ=1
Família II
Muão
-1
Família III
Tau
τ
0.5110 MeV
105.7 MeV
1777 MeV
< 2.2 eV
Neutrino
do muão
νµ
0
< 0.19 MeV
Neutrino
do tau
Família I
Up
-1
µ
νe
B=1/3
mass energy*
e
Neutrino
0
do electrão
HADRÕES
0
ντ
<18.2 MeV
+2/3
RGB
Família II
Charm
+2/3
RGB
Família III
Top
+2/3
RGB
u
c
t
~0.3 GeV
~1.5 GeV
~180 GeV
Down
-1/3
RGB
Strange
-1/3
RGB
Bottom
-1/3
RGB
d
s
b
~0.3 GeV
~ 0.5 GeV
~4.5 GeV
*massa no modelo dos quarks constituintes
Não sofrem a interacção forte
Sofrem as 4 interacções
INTERACÇÕES FUNDAMENTAIS
Interacção
Intensidade
Alcance
realtiva
1º lugar de
Observação
Tempos típicos
de declíneo (s)
Gravítica
10-39
Longo
1/r2
Universal
-
Electroma
gnéctica
10-2
Longo
1/r2
Moléculas
Átomos
10-16-10-21
Fraca
10-5
10-18
Decaimentos
10-7-10-13
Forte
1
10-15
Núcleos
10-22-10-24
A interacção fraca viola o maior nº de Leis de Conservação e Simetrias
BOSÕES ELEMENTARES (GAUGE)
S=1
Name carga (e)
Massa x c2
Teoria
Interacção
Símbolo
Fotão
0
γ
0
Electroma
gnéctica
±1
W
W±
80 GeV
Fraca
Z
0
Z0
91 GeV
Gluão
0
g
0
Forte
Q
E
D
E
L
E
C
T
R
O
F
R
A
C
A
G
U
T
OS BOSÕES ELEMENTARES POR DESCOBRIR
Name carga (e)
spin
Interacção
Símbolo
Massa x c2
Higgs
0
0
H0
Electro
fraca
Não prevista
Gravitão
Bosão de gauge
G
0
2
Gravítica
0
→Bosão de Higgs previsto pela teoria electrofraca
Fundamental ao funcionamento da Teoria
→Tentativa de unificação da interacção gravítica com as
restantes: Teoria das Cordas
FÍSICA NUCLEAR
Estuda o núcleo atómico, a partir do qual a matéria se estrututa
• Núcleo: sistema ligado de nucleões (... mesões...)
• Nucleão: sistema confinado de quarks (...gluões...)
QCD
Núcleo
Confinamento dos quarks
Graus de liberdade:
quarks e gluões
teoria muito complexa
às energias nucleares
Graus de liberdade:
nucleónicos
hadrónicos
consoante a energia de
observação
HADRÕES COMPOSTOS
As partículas base da Física Nuclear
→ Bariões : fermiões constituídos por 3 quarks (de valência
+ mar de quarks e gluões)
→ Mesões : bosões constituídos por 1 par quark-antiquark
(de valência + mar de quarks e gluões)
Nucleão – protão e neutrão - o barião mais importante
Pião - o mesão mais importante
INTERACÇÃO EFFCTIVA
→ Interacção descrita por potenciais
graus de liberdade nucleónicos: nucleões
→Interacção descrita pela troca de mesões
graus de liberdade hadrónicos: nucleões e mesões
DESCOBERTAS EXPERIMENTAIS
ANO
1895
CIENTISTAS/LAB
Röntgen
DESCOBERTA
Raios X
1896
1897
1909
Becquerel
Thomsom
Rutherford
1932
Anderson
Partículas α e β
Electron
Núcleo
Positron
1932
Chadwick
Neutron
Street, Stevenson,
Muão - µ
Anderson, Neddermeyer 2º leptão
1937
anti-matéria
DESCOBERTAS EXPERIMENTAIS
ANO
1956
CIENTISTAS/LAB
Reines, Cowan
DESCOBERTA
Neutrino
Estrutura de
Friedman, Kendall, Taylor et
1967/68
quarks do protão:
al./SLAC
Quarks u e d
1974
Ritcher, Ting et al.
Quark c
1975
Perl at al.
Tau - τ
3º leptão
1977
1983
Leon M Lederman et al.
Rubbia et al.
Quark b
W± e Z0
1995
Exeperiências CDF e D∅
Fermilab
Quark t