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13/12/2003 8 a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 1 As estranhas e belas partículas elementares : uma introdução.

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1 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 1 As estranhas e belas partículas elementares : uma introdução

2 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 2 Estrutura da Matéria I Molécula Constituintes: átomos força atuante: eletromagnética (residual)

3 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 3 Estrutura da Matéria II Átomo Constituintes: elétrons e núcleo Força atuante: eletromagnética (r  m)

4 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 4 Estrutura da Matéria III NúcleoConstituintes: prótons e nêutrons Força atuante: forte (residual) (r  m)

5 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 5 Estrutura da Matéria IV próton Constituintes: quarks Força atuante: forte (r  m)

6 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 6 Partículas elementares?

7 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 7 RETROSPECTIVA HISTÓRICA até 1932 eram conhecidos: –prótons (m p =938,27 MeV/c 2 ), elétrons (m e = 0,511 MeV/c 2 ) e fótons (m  =0) em 1932: foi descoberto o nêutron por Chadwick (m n =939,565 MeV/c 2 ),

8 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 8 Unidades de energia e massa Unidade de energia 1 eV = 1,6 x 10 –19 J –1MeV  10 6 eV (megaeletronvolt) –1GeV  10 9 eV (gigaeletronvolt) –1TeV  eV (teraeletronvolt) Unidade de massa 1eV/c 2 ( E=mc 2 ) –1eV/c 2  1,78 x kg

9 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 9 Novas partículas foram descobertas a partir de 1932 Em 1928, Paul Dirac introduziu o conceito de antipartícula, ao escrever a equação relativística para o elétron (teoria)

10 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 10 A primeira antipartícula: o pósitron Carl Anderson observou a primeira antipartícula em experimento com radiação cósmica em 1933  um pósitron (antielétron) (experimento)

11 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 11 Neutrinos Ainda em 1930 Wolfgang Pauli sugere a existência dessas partículas neutras, de massa nula, para explicar o espectro de energia dos elétrons emitidos no decaimento radioativo beta (teoria)

12 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 12 Ainda os neutrinos Cowan (dir.) e Reines detectaram os neutrinos muitos anos mais tarde em uma série de experimentos realizados entre 1953 e 1956 (experimento)

13 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 13 Os mésons Em 1933 Hideki Yukawa propõe a existência de partículas com massa M elétron < M < M próton, para explicar as forças nucleares (teoria)

14 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 14 Ainda os mésons Em 1937, Carl Anderson e Seth Neddermeyer e, independentemente, Street e Stevenson observam partícula com massa intermediária na radiação cósmica penetrante (experimento)

15 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 15 Será o méson de Yukawa?? O comportamento desta partícula ao atravessar a matéria não era conforme o previsto teoricamente! (experimento)  As partículas positivas sofrem desintegração (  +  e + + …)  As partículas negativas causam desintegração do núcleo atômico

16 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 16 Solução do problema dos mésons: Em 1947, Tanikawa e Sakata & Inoue e, independentemente, Marshak e Bethe propõem a Teoria dos dois mésons (teoria) decai +... Méson mais pesado (Yukawa) Méson mais leve (observado)

17 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 17 Comprovação experimental: Em 1947, Lattes, Occhialini e Powell comprovam a existência do dois tipos de mésons e o decaimento do pesado no leve (experimento) Donald Perkins comprova também em 1947 (experimento)

18 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 18 Como ficou? Méson pesado :  (píon), massa=139,57 MeV/c 2 “Méson” leve :  (múon), massa= 105,658 MeV/c 2, comportamento semelhante ao do elétron  +  + + …  -  causa desintegração do núcleo  0  previsão (teoria)  Kemmer e descoberta experimental  Steinberger, Panofsky e Steller

19 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 19 Por “economia”: …  +   + + (  + +  )  -   - + (  - + anti  )  -  e  +  e + + +

20 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 20 Situação aproximada em 1947: Eram conhecidas partículas “leves”: elétron e -, e + múon  -,  + neutrino LÉPTONS não interagem fortemente ! spin semi-inteiro

21 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 21 E ainda os hádrons : interagem fortemente próton nêutron píon bárions: spin semi-inteiro mésons: spin inteiro

22 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 22 Léptons São férmions (spin ½) Sofrem interação eletromagnética quando têm carga elétrica; Sofrem interação fraca (sempre!) Não sofrem interação forte!

23 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 23 Hádrons Sofrem interação forte; Sofrem interação eletromagnética, quando têm carga elétrica; Sofrem interação fraca (sempre); Podem ser bárions (spin semi-inteiro) ou mésons (spin inteiro)

24 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 24 A partir de 1947: mais partículas foram sendo detetadas Mais mésons (todos com spins inteiros e instáveis) pion   massa  140 GeV/c 2 kaon K  massa  500 GeV/c 2 eta   massa  550 GeV/c 2 rô   massa  770 GeV/c 2 omega   massa  783 GeV/c 2 kaon estrela K   massa  890 GeV/c 2 etc…..

25 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 25 e mais bárions foram detetados: e mais bárions (instáveis, com exceção do próton): próton & nêutron (p,n)m = 940 MeV/c 2 delta  m = 1232 MeV/c 2 sigma  m  1190 MeV/c 2 lambda  m  1115 MeV/c 2 “cascata”  m  1320 MeV/c 2 etc..

26 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 26 Uma profusão de “partículas elementares” Elementares ??? Situação análoga : na Química, com os vários elementos químicos. Solução na Química: Mendeleev e a Tabela Periódica!

27 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 27 Procuram-se regularidades Algumas palavras adicionais sobre os káons: Primeiras observações em 1944 Leprince- Ringuet & L’Heritier e em 1947, por Rochester & Butler, na radiação cósmica K 0   + +  - e em 1949 com Powell, observando K +   + +  + +  -.

28 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 28 Comportamento dos káons Apresentavam um comportamento “estranho”: Eram facilmente produzidos (escala de tempo s) Seus decaimentos eram lentos (escala de tempo s)  MECANISMOS DIFERENTES!

29 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 29 Não apenas mésons “estranhos”… Também bárions “estranhos” foram observados :  0  p + +  - (1951)  +  p + +  0 (1953)  -   0 +  - (1954)

30 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 30 Como entender? A. Païs sugere esquema para produção em pares de partículas estranhas:  - + p +  K + +  -  - + p +  K 0 +  0  - + p +  K 0 +  S=+1S= -1 S: número quântico de estranheza, conservado na produção

31 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 31 ESTRANHEZA Gell-Mann e Nishijima (1953) introduzem o número quântico ESTRANHEZA (S) para descrever este atributo observado experimentalmente S é conservado na produção de partículas observada!

32 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 32 Agrupamentos em famílias Em 1961, Gell-Mann e também Ne’eman agrupam bárions e mésons em “famílias”; “The Eightfold Way”

33 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 33 Octeto de bárions (spin ½)

34 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 34 Decupleto de bárions (spin 3 /2)

35 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 35 Primeiro sucesso do modelo: A partícula  - ainda não havia sido descoberta experimentalmente!! O esquema previu a sua existência, sua massa, sua carga, seu spin e sua estranheza..

36 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 36 E ainda o “octeto” de mésons:

37 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 37 O Modelo a Quarks Essas regularidades indicam que há uma sub-estrutura por trás… Proposição de Gell-Mann em 1964 e também Zweig: todos os hádrons são constituídos de quarks..

38 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 38 Os quarks :

39 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 39 Os quarks aparecem em três “sabores” : u  up d  down s  strange todos têm spin ½ (logo são férmions)

40 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 40  A cada quark corresponde um anti-quark Os seus números quânticos são opostos aos dos quarks correspondentes, por exemplo, a carga elétrica e o número quântico de estranheza são opostos…

41 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 41 Os três anti-quarks

42 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 42 E onde estão as partículas observadas nos experimentos?? São todas interpretadas como estados ligados de quarks e/ou antiquarks Bárions  q q q Antibárions  (antiq)(antiq)(antiq) Mésons  q(antiq)

43 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 43 Exemplos p  uud (  ); carga +2/3+2/3-1/3 = +1 n  udd (  ); carga +2/3-1/3-1/3 = 0  +  uud (  ); carga +2/3+2/3-1/3 = +1  ++  uuu (  ); carga +2/3+2/3+2/3 = +2  -  sss (  );  -  ddd  +  u (  ); carga +2/3-1/3 = 1

44 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 44 E como se explicam os multipletos?? Combinamos cada quark com cada um dos três antiquarks… Obteremos o “octeto” mais um : noneto de mésons

45 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 45 A composição dos mésons

46 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 46 E para os bárions: começamos com qq

47 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 47 e acrescentamos o 3º. quark:

48 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 48 Mas, no ínterim, no setor dos léptons…. Em 1962, Lederman, Schwartz e Steinberger identificam que há dois tipos de neutrinos: um que acompanha o elétron, e um que acompanha o múon nos processos fracos  dois tipos de neutrinos : e 

49 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 49 Assim a família dos léptons fica: Partículas: temos também suas respectivas antipartículas até agora temos duas gerações de léptons e - e 

50 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 50 Então a situação em 1964 era: quatro léptons (mais quatro antiléptons) três quarks (mais três antiquarks) todos com spin ½. essas eram as verdadeiras partículas elementares! Mas….

51 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 51 Já antes de 1974: Várias propostas teóricas de um 4º. quark! Em novembro de 1974 foi descoberta uma nova partícula (um méson) por S.C. Ting (Brookhaven) e B. Richter (Stanford)  batizada J/  e interpretada como (c antic)

52 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 52 O 4º. quark abre possibilidades: bárions charmosos (1975) =>  c + = udc e  c ++ = uuc mésons charmosos (1976) => D 0 = c (anti u) e D+ = c (anti d) mésons estranhos charmosos (1977) => F + = c (antis)

53 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 53 Novas combinações são possíveis: Bárions com spin ½, envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c.

54 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 54 mais bárions….. Bárions com spin 3/2, envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c.

55 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 55 mais mésons…. mésons com spin 0, envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c e seus antiquarks.

56 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 56 e ainda mais mésons….. mésons com spin 1, envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c e seus antiquarks.

57 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 57 Então,…. Em 1975, Martin Perl e sua equipe descobrem um 5º. lépton   (tau) Massa m  = 1777 MeV/c 2 Previsão lógica : há também um neutrino que acompanha o tau  ,, recém confirmado no Fermilab.

58 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 58 Agora chegamos em três gerações de léptons: ,  ,  e, e 1ª. geração 2ª. geração 3ª. geração

59 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 59 léptons

60 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 60 mas também…. Em 1977 é descoberto outro méson pesado, o upsilon , interpretado com o estado ligado de (b antib)  envolve o 5º. sabor de quark!!! b  quark bottom ou beauty m   9460 MeV/c 2

61 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 61 Novas combinacões: bárion contendo um quark b :  b =udb (1981) méson contendo quark b : B 0 = b (antid) e B - = b (antiu) (1983); 1994 => a existência do 6º. quark => o top foi comprovada experimentalmente, com massa =174,3 GeV/c 2 !

62 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 62

63 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 63 e chegamos também em três gerações de quarks: u,d s,c b,t up u down d strange s charm c bottom b top t

64 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 64 Interações entre as partículas elementares Eletromagnéticas Fortes Fracas

65 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 65 Mediadores das Interações  são todos bósons Interação Eletromagnética  Fótons γ Interação Forte  Glúons Interação Fraca  W +, W - e Z 0

66 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 66 Interações entre quarks Precisamos lembrar que os quarks têm spin ½ e portanto são férmions; Conseqüentemente, quando quarks interagem deve ser obedecido o Princípio de Exclusão de Pauli !

67 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 67 Segundo o Princípio de Exclusão de Pauli : dois férmions idênticos não podem estar no mesmo estado quântico; ou ainda, dois férmions idênticos não podem ter todos os números quânticos iguais.

68 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 68 O Princípio de Exclusão de Pauli na Física Atômica também é aplicado aos elétrons nos átomos; cada elétron nos átomos é caracterizado por quatro números quânticos : n, ℓ, m ℓ e m s ; dois elétrons de um átomo não podem ter os quatro números iguais.

69 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 69 Os quatro números quânticos para os elétrons atômicos: n = 1,2,3,4,…. ℓ = 0,1,2,3,..n-1 (os estados s, p, d, f,..) m ℓ = - ℓ, - ℓ +1, …., ℓ –1, ℓ m s = +1/2 (  ) ou -1/2 (  )

70 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 70 Como então ficarão os estados ligados qqq?? Esses estados aparecem na formação dos bárions. O estado fundamental (o estado de mais baixa energia, com n=1) caracteriza-se por um momento angular orbital total nulo, ou seja, é um estado do tipo 1s (em que ℓ =0 e m ℓ =0); neste estado não há movimento orbital relativo entre os quarks e todos os quarks têm m ℓ i =0.

71 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 71 E quanto ao número quântico de spin? Poderia existir um estado em que os spins dos três quarks se somem paralelamente, de modo a termos o número quântico de spin total 3/2; nesse caso, o número quântico magnético m s poderá ser 3/2,1/2, - 1/2 ou –3/2. Se fôr, por exemplo, m s = -3/2, então cada quark teria m si = -1/2: m s = -3/2 = m s1 + m s2 +m s3 = (-1/2)+ (- 1/2)+ (-1/2) (    ).

72 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 72 Conclusão : Logo poderiam existir estados em que todos os três quarks idênticos teriam com os mesmos números quânticos, violando o Princípio de Exclusão de Pauli !!!!

73 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 73 Este é exatamente o caso dos bárions que estão nos vértices do decupleto :

74 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 74 Qual é a saída para não violar o Princípio de Exclusão ? Os três quarks precisam ter algum número quântico diferente; Este novo número quântico precisa ser ligado a alguma nova propriedade : esta propriedade foi chamada de COR (Greenberg, 1964).

75 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 75 Qual é a idéia?? os três quarks idênticos teriam a propriedade COR diferente e logo devem existir três cores; como não temos uma manifestação explícita dessa propriedade, as três cores se “adicionam” de modo a neutralizar a cor (o estado ligado será sem cor, ou “branco”)

76 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 76 Três estados ou cargas de cor Azul Vermelho Verde Se tivermos um bárion formado por um quark azul, um vermelho e um verde, o bárion será neutro de cor  incolor.

77 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 77 Portanto resolvemos o nosso problema com o Pauli: Os três quarks, embora idênticos, têm um atributo diferente : sua carga de cor é diferente.  - = ddd  ++ = uuu  - = sss Por extensão, todos os quarks podem existir em três estados de cor diferentes.

78 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 78 Analogia com o Eletromagnetismo Átomo (neutro) = Núcleo (carga elétrica positiva) + elétrons (carga elétrica negativa); No átomo cargas elétricas opostas se atraem e se neutralizam.

79 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 79 Ainda a analogia com o Eletromagnetismo Bárion (incolor) = estado ligado de quarks (com carga de cor); No bárion, cargas de cor diferentes se atraem e se “neutralizam”. Antibárion (incolor) = estado ligado de antiquarks (com anticor);

80 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 80 Analogia com adição de cores primárias

81 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 81 Álgebra das cores:

82 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 82 Ainda a álgebra das cores

83 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 83 Força Forte Carga elétrica  fonte da força eletromagnética; Carga de cor  fonte da força entre os quarks (força forte).

84 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 84 Interação Eletromagnética entre partículas com carga elétrica, mediante a troca de fótons;

85 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 85 Ou ainda Troca de dois fótons:

86 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 86 Interação Forte entre partículas com carga de cor, mediante a troca de glúons;

87 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 87 Porém a analogia não é perfeita : há diferenças No Eletromagnetismo há apenas uma carga elétrica, que pode ser + ou - ; Na interação forte há três cargas de cor: vermelha, azul e verde, que se atraem entre si; Além disso, cada cor atrai a sua anticor: cores “opostas” se atraem.

88 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 88 Portanto Quarks de cor vermelho e antivermelho se atraem; Quarks de cor verde e antiverde se atraem; Quarks de cor azul e antiazul se atraem. ISTO É BOM! VEJA QUE EXISTEM MÉSONS !!!

89 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 89 Outras diferenças O fóton mediador da interação eletromagnética NÃO tem carga elétrica; O glúon mediador da interação forte CARREGA carga de cor. Na realidade, o glúon carrega uma carga de cor e uma carga de anticor; Existem OITO estados de cor para glúon e falamos em oito glúons mediadores.

90 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 90 Conseqüência dos glúons terem cor Os glúons podem interagir entre si, interação sem análogo para o caso eletromagnético.

91 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 91 Liberdade Assintótica e Confinamento A força entre os quarks é tal que, quanto mais se tenta separá-los, maior é a força que os atrai  confinamento ! A força é tal que quarks com cor estão confinados em mésons e bárions incolores e acreditamos que não conseguimos separá- los.

92 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 92 Uma conseqüência da autointeração dos glúons A interação entre dois quarks é tanto mais intensa quanto MAIOR for a distância entre eles (confinamento); A interação entre dois quarks é tanto menos intensa quanto MENOR for a distância entre eles (liberdade assintótica);  é exatamente o contrário do que se espera olhando o caso eletromagnético !!!!

93 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 93 Equivalentemente, Quarks confinados em hádrons = não se poderia observar quarks livres e não se poderia observar a carga de cor manifesta. As experiências confirmam essas descrição.

94 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 94 Separação de um átomo de hidrogênio A força entre elétron e próton no átomo de hidrogênio é proporcional a 1/r 2 ; A energia para separar os constituintes é finita (13,6 eV); Se a força tendesse a zero quando r  mais lentamente do que 1/r 2, a energia para ionizar o átomo seria INFINITA e teríamos confinamento.

95 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 95 Separação de um méson em quark e antiquark Quando tentamos separar o quark do antiquark, a interação forte entre eles aumenta, a densidade de energia na região entre eles aumentará e haverá a produção de um novo par quark- antiquark.

96 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 96 Representação Linhas de força entre o quark e o antiquark em um méson:

97 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 97 Tentativa de separar quark- antiquark Resultará novo par quark-antiquark

98 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 98 Ou ainda em um bárion: Se tentarmos separar um quark u de um próton, aparecerá um novo par q-antiq.

99 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 99 Resultado: Não iríamos separar o quark u dos outros dois quarks, mas acabaríamos com um méson e um bárion, por exemplo, um  + e um nêutron; Há uma analogia com a interação magnética, quando tentamos separar os pólos norte e sul de um ímã.

100 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 100 Evidências experimentais sobre quarks, glúons e carga de cor Experimentos de e - e + produzindo hádrons e jatos: quarks e cor. Experimentos de espalhamento inelástico profundo de elétrons altamente energéticos por prótons ou nêutrons: quarks de valência e quarks de mar, além de glúons.

101 13/12/ a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato 101 Teorias de Campo para a Interação Forte Idéias básicas surgiram entre 1966 e 1973; Cromodinâmica Quântica Perturbativa; Cromodinâmica na Rede(não-perturbativa)

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