O Modelo Padrão da Física e Aceleradores de partículas

    No início dos anos 70 foi desenvolvido o chamado “Modelo Padrão”, que consiste numa teoria quântica, concordando com a mecânica quântica e a relatividade especial, que poderia explicar tudo que acontece em nosso mundo.

   Embora o Modelo Padrão seja considerado como uma boa teoria (devido as suas previsões terem sido confirmadas experimentalmente com uma boa precisão), ele ainda não explica tudo, ou seja, não é uma teoria completa das interações fundamentais. Um exemplo disso é o fato de não explicar a gravidade.

Obs: O termo “fundamental” está se referindo a elementos simples e sem estrutura.

      De acordo com o Modelo Padrão a matéria é composta por dois elementos fundamentais, os quarks e os léptons.

Partículas e Antipartículas

     É importante dizer que o Modelo Padrão também prevê a existência de antipartículas. Assim temos que para cada tipo de partícula de matéria encontrada, existe uma partícula que corresponde a antimatéria ou, melhor dizendo, a uma antipartícula.

     A primeira antipartícula foi observada pelo cientista Carl David Anderson em 1933 ao analisar emulsões fotográficas expostas a raios cósmicos.

Assim, podemos dizer que a formação das antipartículas dá-se tanto através de chuveiros de partículas produzidos por raios cósmicos como por processos de colisão realizados em aceleradores de partículas.  No processo mais comum, o choque de uma partícula com uma antipartícula ocasiona o aniquilamento das mesmas gerando energia, ou criando, o fóton, que podem decair dando origem a outro par de partícula-antipartícula.

Quando o objetivo é produzir partículas com massas maiores, um dos processos consta de colocar para colidir partículas de massa pequena num acelerador. Durante a colisão, ocorre a formação de novas partículas de maior massa devido à conversão da alta energia cinética na formação das mesmas, porém esse processo também ocorre naturalmente na interação de raios cósmicos com a atmosfera terrestre.

Aceleradores de partículas

     Hoje em dia, antipartículas de todos os tipos são produzidas regularmente em laboratórios, usando-se para isso grandes aceleradores de partículas, como o CERN (Organização Européia para Pesquisa Nuclear).

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CERN – Localizada na fronteira franco-suíça perto de Genebra

    O primeiro anti-átomo completo foi produzido em 1995, e até mesmo Partículas neutras (tais como o nêutron) também possuem antipartículas, com massa e outras iguais propriedades.

    Os aceleradores de partículas são equipamentos que fornecem energia a partículas subatômicas eletricamente carregadas. Sabendo que as partículas se comportam como ondas, os aceleradores são usados para aumentar o momento das mesmas, diminuindo seu comprimento de onda suficientemente para utilizá-las como sondas nos átomos, pois o momento de uma partícula e seu comprimento de onda são inversamente proporcionais. Assim, podemos dizer que se aumenta a velocidade da partícula usando campos eletromagnéticos e após, atira-se ela contra um alvo, sendo detectados cada fase do experimento.

     O maior dos aceleradores de partículas e o de maior energia existente no mundo é o LHC (Large Hadron Collider – Grande colisor de hádrons) do Cern. Ele é formado por um túnel circular de 27 km de perímetro e encontra-se a 100 m da superfície na fronteira dos países França e Suíça.

     Um dos principais objetivo dessas colisões com altas energias é explicar a origem da massa das partículas elementares e encontrar outras dimensões do espaço, envolvendo a partícula Bóson de Higgs em umas das experiências.

    Alguns cientistas propõem a possibilidade de uma catástrofe causada por buracos negros durante o funcionamento do LHC, porém, mesmo se estes fossem gerados, evaporariam rapidamente devido à emissão de radiação.

O Funcionamento dos aceleradores de partículas

    O acelerador de partículas mais comum é a TV ou monitor de computador, pois nestes aparelhos existem os tubos de raios cátodos (CRT).

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           O CRT pega as partículas (elétrons) do cátodo, acelera-as, e muda sua direção usando eletroímãs no vácuo, depois, as faz colidir em moléculas de fósforo na tela. O resultado da colisão é um ponto de luz, ou um pixel, na sua TV ou no monitor do computador.

          Um acelerador de partículas funciona do mesmo modo, exceto que os aceleradores são muito maiores, as partículas se movem muito mais rápido (quase na velocidade da luz) e a colisão resulta em mais partículas subatômicas e em vários tipos de radiação nuclear. As partículas são aceleradas por ondas eletromagnéticas dentro do aparelho e quanto mais energéticas as partículas, mais visível fica a estrutura da matéria.

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