O que é antimatéria?
Essa não é uma pergunta capciosa. Antimatéria é exatamente o que você pode estar pensando que é - o oposto da matéria normal, da qual é feita a maior parte do nosso universo. Até pouco tempo, a presença da antimatéria no nosso universo era considerada apenas uma teoria. Em 1928, o físico britânico Paul A.M. Dirac revisou a famosa equação de Einstein, E=mc2 e concluiu que Einstein não considerou que o "m" na equação - massa - poderia ter propriedades tanto negativas como positivas. A equação de Dirac (E = + ou - mc2) permitiu considerar a existência de antipartículas no nosso universo. Cientistas, desde então, provaram que existem várias antipartículas.
Essas antipartículas são, literalmente, imagens-espelho da matéria normal. Cada antipartícula possui a mesma massa que a sua partícula correspondente, mas as cargas elétricas são inversas. Aqui vão algumas descobertas sobre antimatéria no século XX:
•pósitrons - elétrons com uma carga positiva ao invés de negativa. Descobertos por Carl Anderson em 1932, os pósitrons foram a primeira evidência de que a antimatéria existe;
•antiprótons - prótons que possuem uma carga negativa ao invés da carga positiva normal; em 1955, pesquisadores de Berkeley Bevatron produziram um antipróton;
•antiátomos - emparelhando pósitrons e antiprótons, cientistas do CERN (em inglês), a Organização Européia para a Pesquisa Nuclear, criaram o primeiro antiátomo; nove átomos de anti-hidrogênio foram criados, cada um durando apenas 40 nanosegundos; já em 1998, pesquisadores do CERN estavam impulsionando a produção de átomos de anti-hidrogênio para 2.000/h.
Quando a antimatéria entra em contato com a matéria normal, essas partículas iguais, mas opostas, colidem para produzir uma explosão emitindo radiação pura, que é emanada a partir do ponto da explosão à velocidade da luz. Ambas as partículas que criaram a explosão são totalmente aniquiladas, deixando para trás outras partículas subatômicas. A explosão que ocorre quando antimatéria e matéria interagem, transforma toda a massa de ambos os objetos em energia. Os cientistas acreditam que esta energia é mais poderosa do que qualquer outra que possa ser gerada por outros métodos de propulsão.
Então, por que ainda não construímos um motor de reação matéria-antimatéria? O problema em desenvolver a propulsão de antimatéria é que há uma falta de antimatéria existente no universo. Se houvesse quantidades iguais de matéria e antimatéria, provavelmente, veríamos essas reações ao nosso redor. Como não existe antimatéria ao nosso redor, nós não vemos a luz que resultaria da sua colisão com a matéria.
É possível que partículas fossem mais numerosas que antipartículas no momento do Big Bang. Como dito acima, a colisão entre partículas e antipartículas destrói ambas. Como pode ter havido mais partículas no início do universo, elas são tudo o que restou. Pode não haver antipartículas naturalmente existentes em nosso universo hoje. Entretanto, cientistas descobriram um possível depósito de antimatéria próximo ao centro da galáxia, em 1977. Se isso realmente existir, significaria que a antimatéria existe naturalmente, eliminando a necessidade de fabricação de nossa própria antimatéria.
Por enquanto, nós teremos que criar a nossa própria antimatéria. Por sorte, existe uma tecnologia disponível para criar antimatéria através da utilização de aceleradores de partículas de alta energia, também chamados de "destroça-átomos". Destroça-átomos, como o CERN, são grandes túneis revestidos com supermagnetos poderosos que os circundam para acelerar os átomos a velocidades próximas à da luz. Quando um átomo é enviado através deste acelerador, ele colide com um alvo, criando partículas. Algumas dessas partículas são antipartículas que são separadas pelo campo magnético. Esses aceleradores de partículas de alta energia produzem apenas um ou dois picogramas de antiprótons por ano. Um picograma é um trilionésimo de um grama. Todos os antiprótons produzidos no CERN em um ano seriam suficientes para acender uma lâmpada elétrica de 100 Watts por 3s. Seriam necessárias toneladas de antiprótons para viajar a destinos interestelares.
terça-feira, 26 de julho de 2011
terça-feira, 1 de junho de 2010
Força Fraca
Em 1896, Henry Becquerel obteve os primeiros indícios da força nuclear fraca na descoberta da radioatividade. Nos anos 30 houve um grande impulso no entendimento desta força: naquele tipo particular de radioatividade descoberto por Becquerel um nêutron dentro do núcleo atômico se transforma em um próton , criando, ao mesmo tempo, um elétron e uma outra partícula conhecida como antineutrino, ambas lançadas para fora do núcleo. Esse evento, conhecido como decaimento beta não podia ser consequencia de outros tipos de forças. A força nuclear forte mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo e a eletromagnética tenta separar os prótons. A força gravitacional não faz nada do gênero.
Inicialmente houve grande confusão em relação a essa força. Os físicos não gostavam da teoria: ela funcionava bem para o decaimento beta , mas quando era aplicada a processos mais exóticos fornecia resultados sem sentido.
Em 1967, o paquistanês radicado na Inglaterra Abdus Salam e o americano Steven Weinberg propuseram teorias que unificavam estas interações com a força eletromagnética , exatamente como Maxwell unificara eletricidade e magnetismo cerca de cem anos antes.
Ambos sugeriram que, alem dos fótons, existiam outras partículas, tipo fótons, que eram previstas teoricamente: partículas W eletricamente carregadas, positivamente e negativamente, cuja troca induz a força fraca da radioatividade beta e partículas Z, neutras. o W significa fraco, em inglês weak. A partícula irmã, foi batizada de Z por Weinberg porque tinha carga zero e por ser Z a última letra do alfabeto. (Weinberg esperava que esta fosse a última partícula da família).
Na teoria de Weinberg e Salam, o fóton, cuja emissão e absorção produz a força eletromagnética, e as partículas W e Z , sob energias maiores do que 100 GeV, atuariam da mesma maneira. Sob energias mais baixas, esta simetria entre as partículas W positivo, W negativo e Z nulo seria quebrada e todas elas ganhariam massas volumosas tornando o alcance das forças que carregam muito pequeno. Naquela época poucas pessoas acreditavam na teoria e, alem disso, não existia acelerador de partículas potente o suficiente para atingir 100 GeV.
Em 1978, um novo experimento em Stanford mediu a força fraca entre elétrons e núcleos atômicos confirmando o que a teoria tinha previsto e em 1979 Weinberg e Salam foram indicados para o Prêmio Nobel de Física. Em 1983 um grupo de várias centenas de físicos, sob a batuta de Carlos Rubbia, descobriu a partícula W, e em 1984, a partícula Z cujas existências e propriedades já haviam sido previstas na teoria original. Rubbia recebeu o Prêmio Nobel em 1984.
Métodos Computacionais para Licenciatura (FIS01043)
Humberto Garotti - 3504/00-1
Inicialmente houve grande confusão em relação a essa força. Os físicos não gostavam da teoria: ela funcionava bem para o decaimento beta , mas quando era aplicada a processos mais exóticos fornecia resultados sem sentido.
Em 1967, o paquistanês radicado na Inglaterra Abdus Salam e o americano Steven Weinberg propuseram teorias que unificavam estas interações com a força eletromagnética , exatamente como Maxwell unificara eletricidade e magnetismo cerca de cem anos antes.
Ambos sugeriram que, alem dos fótons, existiam outras partículas, tipo fótons, que eram previstas teoricamente: partículas W eletricamente carregadas, positivamente e negativamente, cuja troca induz a força fraca da radioatividade beta e partículas Z, neutras. o W significa fraco, em inglês weak. A partícula irmã, foi batizada de Z por Weinberg porque tinha carga zero e por ser Z a última letra do alfabeto. (Weinberg esperava que esta fosse a última partícula da família).
Na teoria de Weinberg e Salam, o fóton, cuja emissão e absorção produz a força eletromagnética, e as partículas W e Z , sob energias maiores do que 100 GeV, atuariam da mesma maneira. Sob energias mais baixas, esta simetria entre as partículas W positivo, W negativo e Z nulo seria quebrada e todas elas ganhariam massas volumosas tornando o alcance das forças que carregam muito pequeno. Naquela época poucas pessoas acreditavam na teoria e, alem disso, não existia acelerador de partículas potente o suficiente para atingir 100 GeV.
Em 1978, um novo experimento em Stanford mediu a força fraca entre elétrons e núcleos atômicos confirmando o que a teoria tinha previsto e em 1979 Weinberg e Salam foram indicados para o Prêmio Nobel de Física. Em 1983 um grupo de várias centenas de físicos, sob a batuta de Carlos Rubbia, descobriu a partícula W, e em 1984, a partícula Z cujas existências e propriedades já haviam sido previstas na teoria original. Rubbia recebeu o Prêmio Nobel em 1984.
Métodos Computacionais para Licenciatura (FIS01043)
Humberto Garotti - 3504/00-1
quarta-feira, 18 de novembro de 2009
domingo, 12 de julho de 2009
A Partícula de Deus - Bosão -
Hiperfísica
Aqui o autor - Dieter Dellinger - leva a Física aos seus Limites, ao ponto em que já não sabemos se é Física, Hiperfísica ou quase Metafísica Sem Religião
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Quinta-feira, 10 de Maio de 2007
Capítulo IV - Os Bosões – Partículas de Mediação de Forças
A descoberta das partículas de mediação, nomeadamente dos bosões intermediários W+, W‾ e Zº em 1983 foi, sem dúvida, um acontecimento impar na história da Física, já que os mesmos tinham sido previstos pela Teoria Electrofraca elaborada pelos físicos Weinberg, Glashow e Salam, entre outros, para unificar numa única explicação duas das quatro forças fundamentais da matéria nos seus limites.
Os bosões W e Z são pois os mediadores da Força Nuclear Fraca ou Interacção Fraca responsável pela radioactividade, tal como o Fotão é o mediador da Força Electromagnética que liga os electrões ao núcleo e os átomos nas moléculas e que, além disso, é responsável por todo o espectro electromagnético, desde os raios gama às ondas hertzianas de rádio, passando pela luz, raios X, radiação ultra-violeta, e infra-vermelha.
As massas destas partículas são extremamente maiores que as das restantes partículas, sendo da seguinte ordem de valores:
W+ = 140.000 x 10‾34 g com carga zero e 10‾25 segundos de vida.
W‾ = tem a mesma massa inerte e a mesma carga e instabilidade.
Zº = 162.000 x 10‾28 g. e igual carga e instabilidade.
A questão que qualquer um coloca é como é que estas partículas com uma massa inerte relativamente elevada quando comparada com a massa quase zero do fotão podem ser unidas na mesma teoria electrofraca e produzir tanto a radioactividade como o espectro electromagnético?
A explicação é dada pela sua instabilidade ou curta vida. Decaem rapidamente para dar outras partículas.
Os bosões são 14 ao todo – até ver. Os 8 gluões, o fotão, os três W, os eventuais gravitão e o bosão de Higgs ainda por descobrir.
Se do gravitão não se encontrou o mais pequeno sinal, outro tanto não pode dizer-se do, há tanto tempo anunciado e esperado, Bosão de Higgs.
Efectivamente, esperou-se vinte anos para o evidenciar num acelerador e quando vieram os primeiros sinais, o acelerador do LEP do CERN teve de fechar para permitir a construção do super-gigante de 27 quilómetros. Foi entre Abril e Maio de 2000 que se acelerou com a máxima energia e perícia electrões contra anti-electrões (positrões) e das muitas milhares de colisões detectaram-se uma dúzia de novas partículas que os físicos do CERN admitem serem os tão esperados bosões de Higgs. Depois de encerrado o LEP – Laboratório Europeu de Física das Partículas, as experiências continuaram no acelerador norte-americano Tevatron do Fermilab de Chicago.
Os físicos e engenheiros do LEP tentaram acelerar a sua máquina a um máximo, aparentemente para lá das suas possibilidades. O acelerador estava previsto para produzir colisões até 192 GeV, mas pouco antes de fechar os técnicos conseguir aumentar a energia conferida às partículas até aos 209 GeV (109 eV). Aparentemente viram os Bosões de Higgs, mas não em quantidade suficiente para terem a absoluta certeza de que se tratava da partícula tão procurada.
A glória ainda não muito certa coube ao acelerador de 1.000 GeV Tevatron de Chicago que utiliza protões e anti-protões. Mas, estas partículas, compostas de quarks e anti-quarks, quando desconstruídas a altas energias produzem centenas de partículas efémeras, o que torna difícil identificar o bosão de Higgs.
A esperança está agora no novo LCH, grande acelerador de colisões, do CERN que produz colisões entre protões e anti-protões com energias que vão até aos 14.000 GeV. Espera-se então não só identificar o bosão de Higgs como muitas outras partículas supersimétricas que desvendem todos os segredos da matéria.
Em termos teóricos, o bosão de Higgs não é bem uma partícula independente, mas apenas a manifestação da excitação do campo de Higgs que, de acordo com o mecanismo teórico inventado pelo britânico Peter Higgs em 1964, será a barreira fantasma que nos impede de compreender a verdadeira natureza da matéria. Será um campo de massa no qual todo o Universo está mergulhado e quando recebe energia uma parte do campo transforma-se em partículas mediadoras de massa, nomeadamente materializa-se no bosão de Higgs. Por isso, tanto se espera encontrar o referido bosão no choque entre electrões e positrões como entre protões e anti-protões, pois estas ditas partículas são nos aceleradores simples portadores de uma energia altíssima e obrigam o campo de Higgs, presente em toda a parte, a manifestar-se.
Acrescente-se que o bosão de Higgs ao decompor-se rapidamente fornece a massa necessária e suficiente para justificar a existência de matéria por via de uma multitude de partículas simétricas dos quarqs e leptões, agrupados sob o nome de fermiões, e das partículas mediadoras de forças, os bosões.
Cada bosão terá um “sócio” na família dos fermiões denominado gluino, sócio do gluão, fotino do fotão e reciprocamente cada fermião tem um parceiro na família dos bosões denominado squarq ou sleptão.
Segundo a Teoria Supersimétrica, podem existir vários bosões de Higgs dos quais o mais ligeiro terá uma massa de 100 GeV.
Um dos bosões pode ser o gravitão, a partícula desconhecida que seria a mediadora da força da gravidade que não é descrita no Modelo Padrão, mas que poderia dar origem a um novo Modelo Padrão Relativista que uniria todas as forças da matéria num único Modelo conceptual.
É tudo extremamente complicado e, por isso, o ministro britânico da c1iência ofereceu um prémio avultado ao físico que lhe explicasse de uma maneira fácil o que é um Bosão de Higgs numa única folha de papel.
O vencedor foi o cientista David Miller que apresentou a sua explicação sob a forma de cinco desenhos. No primeiro há uma sala cheia de espectadores que corresponde ao espaço vazio ocupado pelo campo de Higgs. A dada altura entra a senhora Tatcher e à sua passagem forma-se um aglomerado de admiradores que a cumprimentam e criam uma resistência, tal como uma partícula que adquire massa ao deslocar-se no campo de Higgs. Mas também pode suceder que, em vez da personalidade, é apenas um rumor imaterial que passa de boca em boca pela sala e que cria zonas de excitação semelhantes às da passagem da personalidade com o conjunto de pessoas sentadas que se agitam e voltam-se para ouvir e transmitir o rumor a outro grupo que vai passando até toda a sala estar inteirada do mesmo.
Há pois dois tipos de eventos físicos susceptíveis de adquirirem massa e tornarem-se matéria e, naturalmente, anti-matéria.
Só que não tem havido uma explicação plausível para a quase inexistência de anti-matéria quando os modelos da origem do Universo admitem que se tenha formado inicialmente tanta matéria como anti-matéria.
A experiência recente feita no acelerador linear Slac de Stanford nos EUA revelou a razão porque quase não existe anti-matéria no estado natural e que residiria na taxa de desintegração dos instáveis mesões (ou piões) B e anti-B que não seria a mesma em ambos. Aí os anti-B desaparecem menos que os B. Porquê? Não se sabe ainda, nem qual o efeito real na matéria, nomeadamente na ligação entre protões e neutrões que é da responsabilidade dos piões.
As quatro forças fundamentais da natureza física. A forte, a electromagnética, a gravitacional e a fraca.
tags: física
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Quinta-feira, 10 de Maio de 2007
Capítulo IV - Os Bosões – Partículas de Mediação de Forças
A descoberta das partículas de mediação, nomeadamente dos bosões intermediários W+, W‾ e Zº em 1983 foi, sem dúvida, um acontecimento impar na história da Física, já que os mesmos tinham sido previstos pela Teoria Electrofraca elaborada pelos físicos Weinberg, Glashow e Salam, entre outros, para unificar numa única explicação duas das quatro forças fundamentais da matéria nos seus limites.
Os bosões W e Z são pois os mediadores da Força Nuclear Fraca ou Interacção Fraca responsável pela radioactividade, tal como o Fotão é o mediador da Força Electromagnética que liga os electrões ao núcleo e os átomos nas moléculas e que, além disso, é responsável por todo o espectro electromagnético, desde os raios gama às ondas hertzianas de rádio, passando pela luz, raios X, radiação ultra-violeta, e infra-vermelha.
As massas destas partículas são extremamente maiores que as das restantes partículas, sendo da seguinte ordem de valores:
W+ = 140.000 x 10‾34 g com carga zero e 10‾25 segundos de vida.
W‾ = tem a mesma massa inerte e a mesma carga e instabilidade.
Zº = 162.000 x 10‾28 g. e igual carga e instabilidade.
A questão que qualquer um coloca é como é que estas partículas com uma massa inerte relativamente elevada quando comparada com a massa quase zero do fotão podem ser unidas na mesma teoria electrofraca e produzir tanto a radioactividade como o espectro electromagnético?
A explicação é dada pela sua instabilidade ou curta vida. Decaem rapidamente para dar outras partículas.
Os bosões são 14 ao todo – até ver. Os 8 gluões, o fotão, os três W, os eventuais gravitão e o bosão de Higgs ainda por descobrir.
Se do gravitão não se encontrou o mais pequeno sinal, outro tanto não pode dizer-se do, há tanto tempo anunciado e esperado, Bosão de Higgs.
Efectivamente, esperou-se vinte anos para o evidenciar num acelerador e quando vieram os primeiros sinais, o acelerador do LEP do CERN teve de fechar para permitir a construção do super-gigante de 27 quilómetros. Foi entre Abril e Maio de 2000 que se acelerou com a máxima energia e perícia electrões contra anti-electrões (positrões) e das muitas milhares de colisões detectaram-se uma dúzia de novas partículas que os físicos do CERN admitem serem os tão esperados bosões de Higgs. Depois de encerrado o LEP – Laboratório Europeu de Física das Partículas, as experiências continuaram no acelerador norte-americano Tevatron do Fermilab de Chicago.
Os físicos e engenheiros do LEP tentaram acelerar a sua máquina a um máximo, aparentemente para lá das suas possibilidades. O acelerador estava previsto para produzir colisões até 192 GeV, mas pouco antes de fechar os técnicos conseguir aumentar a energia conferida às partículas até aos 209 GeV (109 eV). Aparentemente viram os Bosões de Higgs, mas não em quantidade suficiente para terem a absoluta certeza de que se tratava da partícula tão procurada.
A glória ainda não muito certa coube ao acelerador de 1.000 GeV Tevatron de Chicago que utiliza protões e anti-protões. Mas, estas partículas, compostas de quarks e anti-quarks, quando desconstruídas a altas energias produzem centenas de partículas efémeras, o que torna difícil identificar o bosão de Higgs.
A esperança está agora no novo LCH, grande acelerador de colisões, do CERN que produz colisões entre protões e anti-protões com energias que vão até aos 14.000 GeV. Espera-se então não só identificar o bosão de Higgs como muitas outras partículas supersimétricas que desvendem todos os segredos da matéria.
Em termos teóricos, o bosão de Higgs não é bem uma partícula independente, mas apenas a manifestação da excitação do campo de Higgs que, de acordo com o mecanismo teórico inventado pelo britânico Peter Higgs em 1964, será a barreira fantasma que nos impede de compreender a verdadeira natureza da matéria. Será um campo de massa no qual todo o Universo está mergulhado e quando recebe energia uma parte do campo transforma-se em partículas mediadoras de massa, nomeadamente materializa-se no bosão de Higgs. Por isso, tanto se espera encontrar o referido bosão no choque entre electrões e positrões como entre protões e anti-protões, pois estas ditas partículas são nos aceleradores simples portadores de uma energia altíssima e obrigam o campo de Higgs, presente em toda a parte, a manifestar-se.
Acrescente-se que o bosão de Higgs ao decompor-se rapidamente fornece a massa necessária e suficiente para justificar a existência de matéria por via de uma multitude de partículas simétricas dos quarqs e leptões, agrupados sob o nome de fermiões, e das partículas mediadoras de forças, os bosões.
Cada bosão terá um “sócio” na família dos fermiões denominado gluino, sócio do gluão, fotino do fotão e reciprocamente cada fermião tem um parceiro na família dos bosões denominado squarq ou sleptão.
Segundo a Teoria Supersimétrica, podem existir vários bosões de Higgs dos quais o mais ligeiro terá uma massa de 100 GeV.
Um dos bosões pode ser o gravitão, a partícula desconhecida que seria a mediadora da força da gravidade que não é descrita no Modelo Padrão, mas que poderia dar origem a um novo Modelo Padrão Relativista que uniria todas as forças da matéria num único Modelo conceptual.
É tudo extremamente complicado e, por isso, o ministro britânico da c1iência ofereceu um prémio avultado ao físico que lhe explicasse de uma maneira fácil o que é um Bosão de Higgs numa única folha de papel.
O vencedor foi o cientista David Miller que apresentou a sua explicação sob a forma de cinco desenhos. No primeiro há uma sala cheia de espectadores que corresponde ao espaço vazio ocupado pelo campo de Higgs. A dada altura entra a senhora Tatcher e à sua passagem forma-se um aglomerado de admiradores que a cumprimentam e criam uma resistência, tal como uma partícula que adquire massa ao deslocar-se no campo de Higgs. Mas também pode suceder que, em vez da personalidade, é apenas um rumor imaterial que passa de boca em boca pela sala e que cria zonas de excitação semelhantes às da passagem da personalidade com o conjunto de pessoas sentadas que se agitam e voltam-se para ouvir e transmitir o rumor a outro grupo que vai passando até toda a sala estar inteirada do mesmo.
Há pois dois tipos de eventos físicos susceptíveis de adquirirem massa e tornarem-se matéria e, naturalmente, anti-matéria.
Só que não tem havido uma explicação plausível para a quase inexistência de anti-matéria quando os modelos da origem do Universo admitem que se tenha formado inicialmente tanta matéria como anti-matéria.
A experiência recente feita no acelerador linear Slac de Stanford nos EUA revelou a razão porque quase não existe anti-matéria no estado natural e que residiria na taxa de desintegração dos instáveis mesões (ou piões) B e anti-B que não seria a mesma em ambos. Aí os anti-B desaparecem menos que os B. Porquê? Não se sabe ainda, nem qual o efeito real na matéria, nomeadamente na ligação entre protões e neutrões que é da responsabilidade dos piões.
As quatro forças fundamentais da natureza física. A forte, a electromagnética, a gravitacional e a fraca.
tags: física
Teoria de Bell
Quando separamos duas partículas depois de terem estado em contacto,embora coloquemos cada uma delas em extremos opostos do Universo, qualquer alteração introduzida numa provoca instantâneamente uma alteração correspondente no seu par.
quarta-feira, 1 de julho de 2009
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