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

Estrutura da Matéria I Molécula Constituintes: átomos força atuante: eletromagnética (residual) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Estrutura da Matéria II Átomo Constituintes: elétrons e núcleo Força atuante: eletromagnética (r  10-10 m) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Estrutura da Matéria III Núcleo Constituintes: prótons e nêutrons Força atuante: forte (residual) (r  10-14 m) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Estrutura da Matéria IV próton Constituintes: quarks Força atuante: forte (r  10-15 m) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Partículas elementares? 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

RETROSPECTIVA HISTÓRICA até 1932 eram conhecidos: prótons (mp=938,27 MeV/c2), elétrons (me = 0,511 MeV/c2) e fótons (m =0) em 1932: foi descoberto o nêutron por Chadwick (mn=939,565 MeV/c2), 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Unidades de energia e massa Unidade de energia 1 eV = 1,6 x 10 –19 J 1MeV  106 eV (megaeletronvolt) 1GeV  109 eV (gigaeletronvolt) 1TeV  1012 eV (teraeletronvolt) Unidade de massa 1eV/c2 ( E=mc2 ) 1eV/c2  1,78 x 10-36 kg 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

A primeira antipartícula: o pósitron Carl Anderson observou a primeira antipartícula em experimento com radiação cósmica em 1933  um pósitron (antielétron) (experimento) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Os mésons Em 1933 Hideki Yukawa propõe a existência de partículas com massa Melétron < M < Mpróton , para explicar as forças nucleares (teoria) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Como ficou? Méson pesado :  (píon), massa=139,57 MeV/c2 “Méson” leve :  (múon), massa= 105,658 MeV/c2 , comportamento semelhante ao do elétron + + + … -  causa desintegração do núcleo 0  previsão (teoria)  Kemmer e descoberta experimental Steinberger, Panofsky e Steller 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Por “economia”: … +  + +  (+ +  ) -  - +  (- + anti ) +  + +  (+ +  ) -  - +  (- + anti ) -  e- +  +  +  e+ +  +  13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Situação aproximada em 1947: Eram conhecidas partículas “leves”: elétron e- , e+ múon -, + neutrino  LÉPTONS não interagem fortemente ! spin semi-inteiro 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

E ainda os hádrons : interagem fortemente próton nêutron píon bárions: spin semi-inteiro mésons: spin inteiro 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Léptons São férmions (spin ½) Sofrem interação eletromagnética quando têm carga elétrica; Sofrem interação fraca (sempre!) Não sofrem interação forte! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

A partir de 1947: mais partículas foram sendo detetadas Mais mésons (todos com spins inteiros e instáveis) pion   massa  140 GeV/c2 kaon K  massa  500 GeV/c2 eta   massa  550 GeV/c2 rô   massa  770 GeV/c2 omega   massa  783 GeV/c2 kaon estrela K  massa  890 GeV/c2 etc….. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

e mais bárions foram detetados: e mais bárions (instáveis, com exceção do próton): próton & nêutron (p,n) m = 940 MeV/c2 delta  m = 1232 MeV/c2 sigma  m  1190 MeV/c2 lambda  m  1115 MeV/c2 “cascata”  m  1320 MeV/c2 etc.. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Uma profusão de “partículas elementares” Situação análoga : na Química , com os vários elementos químicos. Solução na Química: Mendeleev e a Tabela Periódica! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 K0  + + - e em 1949 com Powell, observando K+  + + + + -. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Comportamento dos káons Apresentavam um comportamento “estranho”: Eram facilmente produzidos (escala de tempo 10-23 s) Seus decaimentos eram lentos (escala de tempo 10-10 s)   MECANISMOS DIFERENTES! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Não apenas mésons “estranhos”… Também bárions “estranhos” foram observados : 0  p+ + - (1951) +  p+ + 0 (1953) -  0 + - (1954) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Como entender? A. Païs sugere esquema para produção em pares de partículas estranhas: - + p+  K+ + - - + p+  K0 + 0 - + p+  K0 +  S: número quântico de estranheza, conservado na produção S=+1 S= -1 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Agrupamentos em famílias Em 1961, Gell-Mann e também Ne’eman agrupam bárions e mésons em “famílias”; “The Eightfold Way” 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Octeto de bárions (spin ½) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Decupleto de bárions (spin 3 /2) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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.. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

E ainda o “octeto” de mésons: 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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.. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Os quarks : 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Os quarks aparecem em três “sabores” : u  up d  down s  strange todos têm spin ½ (logo são férmions) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

 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… 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Os três anti-quarks 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Exemplos +  uud (); carga +2/3+2/3-1/3 = +1 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 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

E como se explicam os multipletos?? Combinamos cada quark com cada um dos três antiquarks… Obteremos o “octeto” mais um : noneto de mésons 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

A composição dos mésons 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

E para os bárions: começamos com qq 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

e acrescentamos o 3º. quark: 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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  13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Assim a família dos léptons fica: Partículas: temos também suas respectivas antipartículas até agora temos duas gerações de léptons e- e   13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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…. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

O 4º. quark abre possibilidades: bárions charmosos (1975) =>  c+ = udc e c++ = uuc mésons charmosos (1976) => D0 = c (anti u) e D+ = c (anti d) mésons estranhos charmosos (1977) => F+ = c (antis) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Novas combinações são possíveis: Bárions com spin ½ , envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

mais bárions….. Bárions com spin 3/2 , envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

mais mésons…. mésons com spin 0 , envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c e seus antiquarks. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

e ainda mais mésons….. mésons com spin 1 , envolvendo combinações dos quarks u,d,s,c e seus antiquarks. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Então,…. Em 1975, Martin Perl e sua equipe descobrem um 5º. lépton   (tau) Massa m= 1777 MeV/c2 Previsão lógica : há também um neutrino que acompanha o tau  , , recém confirmado no Fermilab. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Agora chegamos em três gerações de léptons: e, e 1ª. geração ,  2ª. geração ,  3ª. geração 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

léptons 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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/c2 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Novas combinacões: bárion contendo um quark b : b=udb (1981) méson contendo quark b : B0= b (antid) e B- = b (antiu) (1983); 1994 => a existência do 6º. quark => o top foi comprovada experimentalmente, com massa =174,3 GeV/c2! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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e chegamos também em três gerações de quarks: up u down d strange s charm c bottom b top t u,d s,c b,t 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Interações entre as partículas elementares Eletromagnéticas Fortes Fracas 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Mediadores das Interações  são todos bósons Interação Eletromagnética  Fótons γ Interação Forte  Glúons Interação Fraca  W+ , W- e Z0 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 ! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 , mℓ e ms ; dois elétrons de um átomo não podem ter os quatro números iguais. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Os quatro números quânticos para os elétrons atômicos: ℓ = 0,1,2,3,..n-1 (os estados s, p, d, f,..) mℓ = - ℓ , - ℓ +1, …., ℓ –1, ℓ ms = +1/2 () ou -1/2 () 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 mℓ =0); neste estado não há movimento orbital relativo entre os quarks e todos os quarks têm mℓ i=0. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 ms poderá ser 3/2,1/2, -1/2 ou –3/2. Se fôr, por exemplo, ms = -3/2, então cada quark teria msi = -1/2: ms = -3/2 = ms1+ ms2 +ms3 = (-1/2)+ (-1/2)+ (-1/2) (  ). 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 !!!! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Este é exatamente o caso dos bárions que estão nos vértices do decupleto : 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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). 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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”) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Analogia com o Eletromagnetismo Átomo (neutro) = Núcleo (carga elétrica positiva) + elétrons (carga elétrica negativa); No átomo cargas elétricas opostas se atraem e se neutralizam. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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); 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Analogia com adição de cores primárias 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Álgebra das cores: 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Ainda a álgebra das cores 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Força Forte Carga elétrica  fonte da força eletromagnética; Carga de cor  fonte da força entre os quarks (força forte). 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Interação Eletromagnética entre partículas com carga elétrica, mediante a troca de fótons; 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Ou ainda Troca de dois fótons: 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Interação Forte entre partículas com carga de cor, mediante a troca de glúons; 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 !!! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Conseqüência dos glúons terem cor Os glúons podem interagir entre si, interação sem análogo para o caso eletromagnético. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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 !!!! 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Separação de um átomo de hidrogênio A força entre elétron e próton no átomo de hidrogênio é proporcional a 1/r2 ; A energia para separar os constituintes é finita (13,6 eV); Se a força tendesse a zero quando r mais lentamente do que 1/r2 , a energia para ionizar o átomo seria INFINITA e teríamos confinamento. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Representação Linhas de força entre o quark e o antiquark em um méson: 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Tentativa de separar quark-antiquark Resultará novo par quark-antiquark 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Ou ainda em um bárion: Se tentarmos separar um quark u de um próton, aparecerá um novo par q-antiq. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

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. 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

Teorias de Campo para a Interação Forte Idéias básicas surgiram entre 1966 e 1973; Cromodinâmica Quântica Perturbativa; Cromodinâmica na Rede(não-perturbativa) 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato

O Modelo Padrão e além… 13/12/2003 8a Oficina de Fisica Moderna – IFGW Carola Dobrigkeit Chinellato