Partícula subatômica

As partículas elementares da matéria, também chamadas de partículas subatômicas, são as menores porções de matéria-energia conhecidas.O termo partícula deriva do latim particula e significa parte muito pequena, ou corpúsculo.

Esses minúsculos elementos estão na base de tudo o que existe no Universo, sendo atualmente entendidos como estados da matéria e energia.

Incluem-se nesta classe os léptons; os mésons; os bárions; o fóton, os bósons W e Z e as respectivas antipartículas.

Cinco Novas Partículas Subatômicas

Cinco novas partículas subatômicas foram descobertas por uma equipa de físicos, coordenada pelos físicos Eef Van Beveren, da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) e George Rupp, do Instituto Superior Técnico (IST). Trata-se de uma descoberta essencial para um melhor conhecimento e compreensão dos mecanismos básicos da matéria do Universo.

Para se perceber um pouco como esta equipa de físicos descortinou as cinco novas partículas enigmáticas do espectro de charmónio, Eef Van Beveren explica: “o grupo Belle (um consórcio internacional de investigadores responsáveis por experiências no acelerador de partículas KEK, no Japão) analisou a produção de pares de partículas lambda e a sua antipartícula. Estamos a falar de milhões de choques por segundo, cujo registo é enviado para computadores. Nós pegamos os dados publicados pelo grupo Belle e avançamos para a tarefa de analisá-los, interpretá-los e perceber o que eles descrevem. Utilizamos o nosso modelo matemático que permite perceber e explicar os registros das experiências”.

1. Fótons
Hoje sabemos que a luz é composta por diminutas partículas, chamadas de fótons.

Sempre que você estiver em contato com a luz (do Sol, das estrelas, da lâmpada elétrica etc.), você estará em contato com essas partículas elementares. Isso porque, a luz é composta por essas diminutas partículas.

Max Planck propôs com sucesso que um corpo ao absorver ou emitir energia, o mesmo faz de forma descontínua, entre outras palavras, na forma de pacotes unitários de energia (fótons). Toda radiação possui fótons com uma energia própria (específica), sendo o fator responsável por essa diferenciação a sua frequência. Assim, obviamente o fóton da luz azul é diferente do da luz verde.

Propriedades dos fótons

Ø  Não tem massa (única partícula elementar encontrada livre no Universo sem massa);

Ø  Têm energia devido a sua grande quantidade de movimento;

Ø  Não interage gravitacionalmente (ou seja, passa próximo dos corpos massivos sem se desviar);

Ø  Não tem carga, logo, não se atrai ou se repeli por irmãs ou objetos eletrizados;

Ø  Viaja muito rápido (c= 300.000 km/s);

Ø  Tem velocidade limite;

Ø  Sua velocidade é absoluta (ou seja, a velocidade não depende da referencia)

Ø  Clidem e interagem de uma maneira análoga às demais partículas. É isso que, afinal, justifica a classificação dos fótons como partículas.

Energia de um fóton

A energia de um fóton pode ser dada pela equação:

onde: h: é a constante de Planck( 6.6260755.10^-34 Js)

       E: Energia de um Fóton     

       f: frequência.

Teoria dos Fótons

A Teoria dos Fótons parte da idéia inicial de que quando um elétron é excitado, o mesmo é levado a um nível de energia superior e quando retorna ao seu estado fundamental (estado de mais baixa energia) ele emite luz, por razões da primeira energia de ionização, um experimento muito famoso que demonstra tudo isso é o Experimento de Ensaio de Chama, onde elementos são aquecidos sob a chama do Bico de Bunsen e demonstram suas cores características, por exemplo em um espectro descontínuo (na utilização de um espectroscópio).

Colisões entre um Fóton e outra Partícula

A colisão entre um fóton e outras partículas ocorre com muita freqüência no nosso mundo físico. Para essas colisões valem as mesmas regras das colisões usuais, no sentido da conservação da energia e da quantidade do movimento. Um dos efeitos mais notáveis é o Efeito Compton (ocorre colisão elástica). Nesse efeito o resultado que se observa é a colisão de um fóton com um elétron em repouso (vide figura ao lado).

Dependendo da energia do fóton e do sistema com o qual ele colide, podemos ter um número muito grande de possibilidades:

a.       Uma possibilidade é o fóton ser absorvido no processo de colisão. Nesse caso, sua energia e quantidade de movimento são integralmente transferidas para a outra partícula;

b.      Se o fóton tiver uma energia muito alta (maior do que duas vezes a energia de repouso do elétron) pode desaparecer e produzir duas partículas (o elétron e a sua antipartícula, o pósitron). A esse processo damos o nome de produção de pares;

c.       Se sua energia for extremamente alta, ele pode arrebentar um próton em vários pedaços, produzindo uma gama muito grande de partículas (vide figura ao lado).

Curiosidades:

Ø  Como o fóton viaja sem interação, quer seja eletromagneticamente ou gravitacionalmente, pode-se prever que o fóton não se desvia do seu caminho enquanto viaja. Ele deve, portanto, propagar-se em linha reta. Como a luz é composta por fótons, podemos agora afirmar: A luz se propaga em linha reta;

Ø  A propriedade da velocidade limite segue a Teoria da Relatividade Especial de Einstein. O fato de a velocidade da luz ser a velocidade limite significa que não existe na natureza nenhum objeto cuja velocidade exceda a velocidade da luz. Portanto, deve seguir daí que o fóton detém o recorde universal de velocidade;

Ø  Se você quiser enviar uma mensagem até a estrela mais próxima (uma das de Alfa de Centauro), o tempo mínimo para o envio da mensagem e o recebimento da resposta é de 8,6 anos. Para as estrelas mais longínquas seria de milhões ou bilhões de anos (é melhor esquecer a mensagem). De qualquer forma, isso é apenas para lembrar que, ao receber a luz de uma estrela aqui na Terra hoje, essa luz foi produzida (na estrela) há muitos anos atrás. Hoje, provavelmente a estrela até mesmo já tenha se apagado e, com certeza, não está exatamente no ponto em que parece estar, pois durante o tempo da viagem a estrela se movimentou;

Ø  Fótons são, de longe, as partículas mais abundantes no Universo. Estima-se que para cada próton (ou elétron) no Universo existem bilhões de fótons.

Novas Descobertas:

Se um grupo de físicos americanos estiver certo, a humanidade acaba de topar com uma nova partícula fundamental – uma peça essencial do quebra-cabeças da matéria que, até agora, tinha passado despercebida. A possibilidade vem de dados obtidos pelo Tevatron, acelerador de partículas que fica em Batvaia, Illinois (meio-oeste dos EUA). Os físicos que avaliaram os dados trabalham no Fermilab, instituição onde o superacelerador está instalado. O trabalho deste tipo de máquina é promover trombadas de partículas em níveis de energia altíssimos. No cado do Tevatron, as trombadas envolvem prótons (componentes do núcleo dos átomos com carga elétrica positiva) e antiprotons (“gêmeos” dos prótons com carga invertida, negativa).

Quando a pancada de partículas acontece, os prótons e antiprotons originais são aniquilados, e o que sobra são jatos altamente energéticos dos componentes menores dessas partículas. É mais ou menos como jogar um computador no chão com força suficiente para que as peças se soltem. Depois, examinando as peças, tenta-se entender como ele estava montado e como funcionava. Só que, no experimento coordenado pelo físico Giovanni Punzi, havia uma peça completamente inesperada. Os cientistas já conhecem um zoológico de partículas fundamentais, mas nenhuma bate com a energia dos jatos observados nos testes. Então, que diabos seria aquilo? Um candidato é o misterioso bóson de Higgs, partícula prevista teoricamente mas nunca achada que daria massa (o que chamamos popularmente de “peso”) a outras particuloas. Punzi e companhia não apostam nessa hipótese. “Mas a massa do que eles viram até poderia ser compatível com o Higgs”, avalia Ronald Shellard do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio de Janeiro.