Estudo das partículas elementares que compõem a matéria
A Física de partículas é a área da Física que estuda as partículas elementares que constituem a matéria, se dedicando também ao estudo da radiação emitida pelas partículas e a interação entre elas.
A Física de partículas também é conhecida como física de altas energias, uma vez que várias partículas elementares são criadas apenas a energias elevadas, de modo que só há possibilidade de detecção delas com altas energias de aceleração.
As partículas elementares são toda a porção indivisível da matéria, tais como como os elétrons, os fótons e os quarks. Estudada pela mecânica quântica, que integra Física Moderna, a física de partículas envolve o nível mais básico da matéria, ou seja, o nível invisível das partículas elementares.
Todo mundo visível encontra fundamento no invisível mundo das partículas elementares. (Foto: Pixabay)
Breve história da Física de partículas
O pioneiro nos estudos da física de partículas isoladas foi o matemático grego Tales de Mileto. Ele formulou o primeiro artigo abordando a eletricidade. Posteriormente, Demócrito apresentou um segundo artigo afirmando que toda a matéria poderia ser dividida até chegar à sua parte mais fundamental e indivisível.
Assim, Demócrito se tornou um expoente do atomismo. Suas ideias só foram retomadas no séculos XIX, quando o químico John Dalton, elaborou a teoria atômica. Durante muitos anos, os prótons, nêutrons e elétrons foram tidos como as únicas partículas elementares. Até 1932, acreditou-se que apenas essas três partículas constituíam toda a matéria existente na natureza.
A partir de 1933, essa concepção mudou. Com a criação de um novo método para detecção de partículas, baseado no processo de emulsões fotográficas, novas partículas foram sendo descobertas. Uma das primeiras descobertas com o processo de emulsões fotográficas foi o múon e, um pouco mais tarde, após a evolução desse método, foi descoberto o píon.
Entre 1932 e 1947, uma série de novas partículas elementares foram descobertas. Entre elas, o neutrino, proposta pelo físico italiano Enrico Fermi, em 1933. A descoberta de Fermi serviu para explicar alguns resultados até então inexplicáveis, no entanto, a confirmação da existência neutrino só ocorreu vinte anos após a sua proposição teórica.
Em 1935, o físico japonês Hideki Yukawa também apresentou uma proposição teórica importante. Ele apresentou uma teoria que explicava a natureza das forças nucleares fortes, fazendo uso de uma partícula, o méson, cuja massa se situa entre os valores do próton e elétron.
Sua teoria foi análoga a outra já vigente em eletrodinâmica quântica, referente ao fóton. O fóton, partícula conhecida do campo do eletromagnetismo, era capaz de mediar interações ocorridas entre os campos eletromagnéticos. Seguindo essa mesma linha, a teoria de Yukawa propôs haver outras partículas que mediassem outras interações.
Os estudos na área de Física de partículas avançaram ao longo das décadas de 1930 e 1940. Assim, em 1947, esse campo de estudo já contava com um conjunto composto por 14 partículas elementares, identificadas teórica ou experimentalmente.
Principais partículas elementares
Os estudos da física de partículas são voltados para as partículas subatômicas, ou seja, partículas que possuem dimensões menores do que a dos átomos. Elas incluem as partículas que compõem o átomo como os prótons, nêutrons e elétrons, bem como, partículas produzidas por processos radiativos e de espalhamento tais como fótons, neutrinos, múons, e uma larga escala de partículas exóticas.
Elétron: partícula mais conhecida e mais estudada, pertence a categoria de Léptons.
Pósitron: antipartícula do elétron, possui massa de repouso e spin iguais aos do elétron.
Próton: é um núcleon partícula que se localiza no núcleo. Também pode ser classificada como um Bárion.
Antipróton: possui mesma massa e spin que o próton, mas carga de sinal oposto (sinal negativo).
Nêutron: como o próton, é um nucleon e também é classificado como Bárion. Possui carga nula e pode se desintegrar dando origem a um próton, um elétron e um neutrino somente está fora do núcleo.
Antinêutron: partícula que possui exatamente as mesmas características do nêutron, mas organização interna diferente.
Fóton: partícula de mediação da força eletromagnética, classificada como Bóson, são chamados de quantum do campo eletromagnético.
Gráviton: análoga ao fóton, é a partícula mediadora da força Gravitacional, também sendo classificada como um Bóson.
Méson: partículas que possuem massa entre a do elétron e a do próton.
Neutrino: O neutrino surge da desintegração de um nêutron em próton e elétron.
Glúon: partícula que intermedeia a interação forte. Tal qual o fóton intermedeia a interação eletromagnética.
Tau: partícula subatômica da família dos léptons, pode ser genericamente chamado de elétron super-pesado.
Múon: é uma partícula elementar semi-estável. Em conjunto com o elétron, com o tau e seus respectivos neutrinos, o múon parte da família dos léptons.