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O que é a matéria?. Universo partículas átomos peixinho de aquário baleias Everest 0.01 = 10 -2 1000 = 10 3 Terra - Sol Universo (observado) diâmetro.

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1 O que é a matéria?

2 Universo partículas átomos peixinho de aquário baleias Everest 0.01 = = 10 3 Terra - Sol Universo (observado) diâmetro da Via-Láctea

3 Andrômeda

4 Estrelas explodindo SN1987A

5 Ciência fundamental Estuda as profundezas da estrutura da matéria A natureza do espaço e do tempo A origem, evolução e o destino do Universo Cosmologia Física de Partículas

6 De onde viemos? O que somos? Aonde vamos? Paul Gauguin

7 Qual a resposta da ciência contemporânea ? Como esta resposta é construída ? modelo padrão O que é a matéria? teoria fundamentos experim. introdução histórica tecnologia questões atuais sociologia

8 Por que estudar as partículas?

9 Porque tudo é feito delas: estrelas, árvores, pessoas, água... Porque o estudo das partículas nos revela como o universo funciona... Porque sempre se pode descobrir coisas inesperadas que nem sequer desconfiamos... Porque procurar partículas é divertido e interessante...

10 Filósofos gregos Átomo Elemento unificador Realidade última é distinta da realidade aparente Relações matemáticas na natureza Na realidade não sabemos de nada, pois a verdade jaz nas profundezas... Demócrito

11 A tabela periódica Dalton: Um átomo para cada tipo de elemento Átomos idênticos Mendeleyev: (1870) Ordem por peso atômico Propriedades similares em colunas Preditos três novos elementos: germânio gálio escândio Triunfo da tabela periódica e da hipótese atômica Mec. quântica: explicou com detalhes 60 anos depois!

12

13 Radiação Descoberta dos raios X Röntgen 1896

14

15 radiação P. Curie, M. Curie, Bequerel 1903 fonte amostra radioativa chumbo núcleos de hélio elétrons de descobertas interessantes a ferramentas fundamentais

16 campo elétrico anodo Fendas magnetos catodo tela Tubo de Crooks

17 O átomo moderno Tubo de raios catódicos Thompson, Crooks (1897) Descoberta do elétron Início da física de partículas! Vários modelos para o átomo objeto neutro Pudim de passas: uma bola de carga positiva com elétrons dentro

18 Experimento de Rutherford deflexões pequenas partículas numa folha fina de ouro

19 Experimento de Rutherford "Foi como se um tiro de arma pesada fosse disparado numa folha de papel e a bala ricocheteasse!"

20 Experimento de Rutherford Toda a matéria concentrada no núcleo Escala: bola de ping-pong no meio do Maracanã elétrons circulando nas arquibancadas Vazio! Experimento padrão da física de partículas (espalhamento)

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22 Núcleo atômico Chadwick: descoberta do nêutron Núcleo: prótons e nêutrons Em 1932: toda a matéria é feita de átomos átomos: elétrons, prótons e nêutrons

23 Transmutação dos elementos alfa (2p+2) nitrogênio (7p+7n) oxigênio (8p+9n)

24 Tecnologia nuclear química: lâmpada de 100 W queima de 1g de carvão: 1 minuto nuclear: fissão de 1g de carvão: minutos liberando energia acumulada nos elementos pesados pelas estrelas há bilhões de anos atrás...

25 Câmaras de Bolhas

26 Realidade das Partículas Elementares "O fato de se ver uma partícula elementar, ainda que de forma indireta - numa câmara de bolha ou de nuvens - dá suporte à visão de que as menores unidades da matéria são objetos físicos reais, existindo no mesmo sentido que as flores e as pedras o fazem." Werner Heisenberg, "The Physicist's Conception of Nature"

27 Antimatéria Mecânica quântica + relatividade duas soluções Dirac (1930) Anderson (1934) pósitron energiamatériaantimatéria +

28 Antipróton

29 1960: centenas de novas partículas descobertas laboratório raios cósmicos Zoológico de partículas propriedades bem definidas Como entender? decaimento

30 Modelo Padrão Toda a matéria é composta de partículas elementares, os quarks e os léptons As partículas interagem trocando outras partículas

31 uu d ud d próton nêutron Primeira família u up d down elétron neutrino e e

32 Será tão fácil assim? Tudo feito de quarks e elétrons?

33 Partículas Elementares Quarks c charme t top s estranho b beleza Léptons múon u up d down elétron neutrino e e tau neutrino H higgs

34 ceticismo

35 Onde estavam os quarks? Experimentos de laboratório Raios cósmicos Meteoritos Rochas do mar Quarks são objetos matemáticos que não possuem realidade física???

36 Espalhamento Inelástico Profundo Versão mais refinada do experimento de Rutheford (SLAC, 1968) Elétrons incidindo em prótons e nêutrons Dez vezes mais elétrons sendo espalhados em grandes ângulos Quarks???

37 Simetrias e Quarks sistema continua o mesmo após uma transformação Simetria: Modelo matemático dos quarks: simetria Um conjunto de transformações que não modifica o sistema forma uma estrutura conhecida como um grupo Matemáticos já tinham catalogado os grupos

38 dddudduuduuu ddsudsuus dssuss sss Ômega

39 Ômega 31 de Janeiro de 1964 massa: MeV 31 autores

40 Modelo Padrão: Interações Gravidade Forte Eletromagnética Fraca

41 Interações glúon g fóton w bóson W bóson Z Z eletromagnética fraca forte

42 Interações gravitacionalinfinitotodas eletromagnetica infinito carregadas fraca quarks e léptons forte 1 quarks e glúons alcance (m) intensidade quem sente

43 Quarks: prisão perpétua

44 Vendo o invisível Comprimento de onda da luz determina o tamanho do objeto que pode ser visto luz m bactéria m moléculas m

45 Super microscópios

46 LEP a máquina mais complexa do mundo

47 Túnel rádio-freqüência focalizador encurvador

48 elétron (matéria) pósitron (antimatéria)

49 opal Opal

50 O que se mede diretamente posições sucessivas das partículas (trajetórias) energia momentum carga

51 Esquema de um detetor magneto tracking calorimetro hadronico. calorimetro em. câmaras de múons

52 fótons Partículas nos sub-detetores trackingcal. em.cal. had. câmaras de múons

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54 Tecnologia associada Eletrônica rápida Engenharia mecânica Engenharia elétrica Alto vácuo Química de gases Baixas temperaturas Supercondutividade

55 Computadores Simulação dos detetores e da análise dos dados Aquisição dos dados on line Reconstrução das trajetórias das partículas Estudos estatísticos dos dados Redes Internet (WWW)

56 Sociologia Experimentos: de físicos Vários países, muitas instituições Meritocracia Consenso nos resultados científicos Competição X colaboração

57 Questões em aberto Higgs Matéria X Antimatéria Grande unificação Os quarks e os léptons tem subestrutura? Muitos experimentos em andamento e planejados!

58 Evolução do universo big bang matéria antimatéria quantidade de matéria = quantidade de antimatéria nosso universo: somente matéria

59 Gota dágua

60 Gosto da gota dagua que se equilibra na folha rasa, tremendo ao vento. Todo o universo, no oceano do ar, secreto vibra: e ela resiste, no isolamento. Seu cristal simples reprime a forma, no instante incerto: pronto a cair, pronto a ficar - límpido e exato. E a folha é um pequeno deserto para a imensidade do ato. Cecília Meireles Viagem Epigrama n. o 5

61 Referências The Search for Infinity, G. Fraser, E. Lillestol, I. Sellevag The Hunting of the Quark, M. Riordan The Experimental Foundations of Particle Physics, R. Cahn, G. Goldhaber aventuradasparticulas.ift.unesp.br


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