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33.0: Prelúdio da Física de Partículas

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    Seguindo ideias notavelmente semelhantes às dos antigos gregos, continuamos procurando por estruturas cada vez menores na natureza, esperando, em última análise, encontrar e entender os blocos de construção mais fundamentais que existem. A física atômica lida com as menores unidades de elementos e compostos. Em seu estudo, encontramos um número relativamente pequeno de átomos com propriedades sistemáticas que explicaram uma enorme variedade de fenômenos. A física nuclear se preocupa com os núcleos dos átomos e suas subestruturas. Aqui, um número menor de componentes — o próton e o nêutron — compõem todos os núcleos. Explorar o comportamento sistemático de suas interações revelou ainda mais sobre matéria, forças e energia.

    Parte interna do Large Hadron Collider; sistema complexo de máquinas e eletrônicos, com uma pessoa para escalar
    Figura\(\PageIndex{1}\): Parte do Grande Colisor de Hádrons no CERN, na fronteira da Suíça e da França. O LHC é um acelerador de partículas, projetado para estudar partículas fundamentais. (crédito: Editor de imagens, Flickr)

    A física de partículas lida com as subestruturas de átomos e núcleos e tem como objetivo principal encontrar aquelas partículas verdadeiramente fundamentais que não têm mais subestrutura. Assim como na física atômica e nuclear, encontramos uma matriz complexa de partículas e propriedades com características sistemáticas análogas à tabela periódica e ao gráfico de nuclídeos. Uma estrutura subjacente é aparente e há alguma razão para pensar que estamos encontrando partículas que não têm subestrutura. É claro que já passamos por situações semelhantes antes. Por exemplo, os átomos já foram considerados a subestrutura definitiva. Talvez encontremos estruturas cada vez mais profundas e nunca cheguemos a uma subestrutura definitiva. Talvez nunca saibamos realmente, conforme indicado na Figura.

    A figura mostra um bloco cinza sólido com um pequeno pedaço e uma seta apontando para uma molécula rotulada de 10^-9 m. A molécula tem uma seta apontando para um átomo rotulado 10^-10m. O átomo tem uma seta apontando para um núcleo chamado 10^-14-10^-15m. O Núcleo tem uma seta apontando para um Nucleon rotulado de 10-15m. O Nucleon tem uma seta apontando para um Quark rotulado <10^-18m. O Quark mostra um caminho elíptico de uma esfera rotulada como Gluon na borda.
    Figura\(\PageIndex{2}\): As propriedades da matéria são baseadas em subestruturas chamadas moléculas e átomos. Os átomos têm a subestrutura de um núcleo com elétrons em órbita, cujas interações explicam as propriedades atômicas. Prótons e nêutrons, cujas interações explicam a estabilidade e a abundância dos elementos, formam a subestrutura dos núcleos. Prótons e nêutrons não são fundamentais — eles são compostos por quarks. Assim como os elétrons e algumas outras partículas, os quarks podem ser os alicerces fundamentais de tudo o que existe, sem qualquer subestrutura adicional. Mas a história não está completa, porque quarks e elétrons podem ter uma subestrutura menor do que os detalhes atualmente observáveis.

    Este capítulo aborda os fundamentos da física de partículas como a conhecemos hoje. Uma incrível convergência de tópicos está evoluindo na física de partículas. Descobrimos que algumas partículas estão intimamente relacionadas às forças e que a natureza, em menor escala, pode ter sua maior influência no caráter de grande escala do universo. É uma aventura que supera a melhor ficção científica porque não é apenas fantástica, é real.

    Resumo

    • A física de partículas é o estudo e a busca dessas partículas verdadeiramente fundamentais sem subestrutura.

    Glossário

    física de partículas
    o estudo e a busca dessas partículas verdadeiramente fundamentais sem subestrutura