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As interações elementares da natureza

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Reginaldo Napolitano

on 28 March 2013

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Transcript of As interações elementares da natureza

As forças que regem todos os fenômenos da natureza são quatro:
a força gravitacional
a força fraca
a força eletromagnética
a força forte As interações elementares da natureza As forças elementares mais familiares em nosso dia-a-dia são a gravitacional e a eletromagnética, que têm alcance imenso e, portanto, fazem-se presentes em nossas atividades mais corriqueiras. As forças fraca e forte são menos evidentes em nosso cotidiano, pois agem somente dentro dos núcleos atômicos. Essas forças têm alcances que não ultrapassam a dimensão de um núcleo. A força fraca, por exemplo, tem seu alcance menor do que o tamanho de um próton ou nêutron. O estudo sistemático dessas forças requer grandes máquinas: os aceleradores de partículas, como os do CERN. Matéria e energia representam o conteúdo da realidade física. Toda a matéria é composta de átomos e moléculas. As moléculas são compostas de átomos e os átomos são compostos de elétrons orbitando outra são produzidas pela troca de partículas de outro tipo, chamadas bósons, que são emitidas e absorvidas pelas partículas de matéria. Entre os bósons mais comumente conhecidos estão os fótons, que são as partículas de luz e que intermediam as interações eletromagnéticas. A força gravitacional A força fraca A força eletromagnética A força forte A matéria é constituída de férmions. Um férmion interage com outro férmion pela troca de bósons. Assim, momentum é transferido, além de outras quantidades físicas, de uma partícula elementar de matéria para outra. Mas transferência de momentum é exatamente o que entendemos por força. Essas trocas de bósons podem proporcionar tanto forças repulsivas entre férmions, como forças atrativas. Uma força atrativa originada de troca de partículas pode ser entendida se imaginarmos que o bóson trocado possa mover-se como um bumerangue. Um bumerangue faz um caminho circular e retorna à mão de seu lançador. Uma força repulsiva por troca de bósons pode ser pensada em analogia a dois rapazes, um de frente para o outro, em dois barcos que flutuam sem atrito apreciável sobre a superfície da água. O rapaz da esquerda lança uma bola e, como consequência, seu barco recua para conservar o momentum que, antes que a bola fosse lançada, era nulo. Logo após o rapaz da direita segurar a bola, seu barco também passa a recuar e ambos se afastam mutuamente, como se estivessem sendo repelidos um pelo outro. A força atrativa explicada pela troca de bósons pode ser pensada em analogia a dois rapazes, um de costas para o outro, em seus barcos flutuando sem atrito apreciável sobre a superfície da água. Logo após o rapaz da direita lançar um bumerangue, seu barco recua, indo em direção ao outro barco. Logo após o rapaz da esquerda segurar o bumerangue, seu barco recua em direção ao barco da direita. O resultado dessa interação é equivalente a uma atração de um barco pelo outro. As partículas de matéria interagem entre si através das chamadas forças ou interações elementares. As partículas elementares da matéria são classificadas como férmions. As ações de uma partícula de matéria sobre núcleos atômicos.
Os núcleos, por sua vez, são compostos de prótons e nêutrons, que, portanto, são chamados de partículas subnucleares. Essa é a força mais fraca de todas as quatro interações básicas. No entanto, porque toda a matéria do universo interage gravitacionalmente e porque a gravitação tem alcance imenso, podemos experimentar a manifestação dessa força em nossa vida cotidiana de forma óbvia. O suposto bóson trocado na interação gravitacional chama-se gráviton. Toda partícula interage gravitacionalmente, mesmo os bósons trocados entre dois férmions Duas massas se atraem na relação direta do produto dessas massas e na relação inversa do quadrado da distância entre essas massas: http://blogs.scientificamerican.com/observations/2011/07/18/nuclear-fission-confirmed-as-source-of-more-than-half-of-earths-heat/ As interações fracas afetam todas as partículas de matéria, os férmions, e é responsável pelo decaimento radiativo beta e por iniciar a fusão nuclear no Sol, que transforma hidrogênio em hélio, gerando a energia solar.
Recentemente foi confirmado que mais da metade do calor geotérmico é produzido pela fissão de isótopos radiativos existentes no planeta Terra. Essa confirmação foi possível através da detecção do decaimento beta de certos isótopos radiativos existentes no interior da Terra. A força fraca tem um alcance minúsculo, não indo além do tamanho de um nêutron ou próton. No entanto, sua influência é detectável porque, ao trocar bósons carregados, altera a natureza dos férmions da matéria, como exemplifica o decaimento beta, do nêutron, em um próton, um elétron e um anti-neutrino do elétron: Todos os processos mais corriqueiros do nosso dia-a-dia, desde o ato de cozinhar, até os processos químicos industriais e biológicos, são governados pelas interações eletromagnéticas. A palavra férmion é uma homenagem ao físico italiano Enrico Fermi, que é conhecido como "um dos pais da bomba atômica", juntamente com o físico norte-americano Julius Robert Oppenheimer Fermi Oppenheimer A palavra bóson é uma homenagem ao físico matemático indiano, de etnia bengalesa, Satyendra Nath Bose. Ele é conhecido, entre outras coisas, por seu trabalho em mecânica estatística quântica que, com reconhecimento de sua importância por Albert Einstein, estabeleceu a possibilidade de ocorrência da hoje famosa condensação de Bose-Einstein. Bose Einstein Duas cargas se atraem na relação direta do produto dessas cargas e na relação inversa do quadrado da distância entre essas cargas: Os núcleos atômicos são compostos por prótons e nêutrons. Os prótons são carregados eletricamente com a carga positiva elementar e, portanto, se repelem. Os nêutrons são eletricamente neutros. Se não fosse pela força nuclear forte, um núcleo atômico não poderia existir em virtude da repulsão entre os prótons. É justamente porque os prótons e nêutrons se atraem através da força nuclear forte que a repulsão elétrica entre os prótons pode ser contrabalançada e um núcleo pode permanecer estável por um longo período de tempo. Mesmo assim, não há núcleos constituídos unicamente por prótons, pois os nêutrons são necessários sempre para contrabalançar a forte repulsão elétrica dos prótons a tão curtas distâncias como as das dimensões nucleares. CERN é uma sigla francesa que hoje quer dizer "Organização Europeia para Pesquisas Nucleares". Essa organização é localizada na região noroeste de Genebra, na fronteira Franco-Suíça. Pode ser pensado como o maior laboratório de física de partículas do mundo. É lá o local do famoso LHC, o acelerador mais poderoso do mundo. Uma vista do LHC A dimensão de um núcleo é da ordem de 10 m, enquanto que a dimensão de um próton ou nêutron é da ordem de 10 m. Vista aérea do CERN -15 -18
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