Temas da Física de Partículas

Dos menores blocos constituintes da matéria até às simetrias mais profundas do universo — um panorama do simples ao complexo.

01 · Fundamentos

Partículas Elementares

O que é a matéria na sua escala mais ínfima? Quarks, léptons e bósons são os blocos indivisíveis a partir dos quais tudo é construído — de átomos a estrelas. Nenhum microscópio do mundo é suficientemente potente para os observar diretamente.

Iniciante
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Próton (uud) u d u Glúon
02 · Forças

As Quatro Forças Fundamentais

Gravidade, eletromagnetismo, interação forte e interação fraca — estas quatro forças governam todo o universo. Cada uma é mediada por partículas de troca próprias e atua em escalas completamente diferentes.

Fundamentos
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G Gravidade γ Eletro- magnética g Forte W/Z Fraca
03 · Modelo

O Modelo Padrão

A imagem mais completa da física que possuímos: 17 partículas, quatro interações, uma única teoria. O modelo padrão descreve quase tudo com precisão impressionante — exceto a gravidade e a matéria escura.

Intermediário
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I II III Bósons u c t d s b e⁻ μ⁻ τ⁻ νe νμ ντ γ W± Z g H Q Q L ν 17 partículas — 1 modelo
04 · Fenômenos

Efeitos Quânticos

Experimento da dupla fenda, efeito túnel, emaranhamento, teletransporte — quatro experimentos cujos resultados contrariam toda a intuição do dia a dia e, ainda assim, são exatamente reproduzíveis. Alterne entre os diferentes estados do experimento.

Intermediário
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Interferência de Dupla Fenda
05 · Teoria

Teoria Quântica de Campos

Partículas não são pequenas esferas, mas sim excitações de campos quantizados que permeiam todo o espaço. Um fóton é uma vibração do campo eletromagnético — presente em todo o lado ao mesmo tempo, até ser medido.

Avançado
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Partícula (excitação) Campo quantizado φ(x,t)
06 · Simetria

Simetrias & Leis de Conservação

O teorema de Emmy Noether liga cada simetria contínua a uma grandeza conservada: invariância temporal → conservação de energia, translação espacial → conservação do momento. A simetria é a razão mais profunda por trás das leis da natureza.

Avançado
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U(1) Simetria Sim. Cons. Tempo Energia Espaço Momento Teorema de Noether
07 · Força Forte

Confinamento de Quarks & QCD

Quarks nunca existem sozinhos — a força forte entre eles cresce com a distância, como uma faixa elástica. Ao tentar separá-los, a energia acumulada dá origem instantaneamente a um novo par de quarks. A cromodinâmica quântica descreve essa carga de cor com oito tipos de glúons.

Avançado
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q vermelho q̄ anti-verde Tubo de fluxo (campo de cor) q q̄ → criação espontânea de pares Confinamento
08 · Unificação

Unificação Eletrofraca

Em energias muito elevadas, o eletromagnetismo e a interação fraca fundem-se numa única força — a eletrofraca. Weinberg, Salam e Glashow mostraram que γ, W± e Z são manifestações diferentes da mesma teoria.

Complexo
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E → γ W/Z ~100 GeV (W/Z, SppS 1983) Eletro- fraca
09 · Higgs

O Mecanismo de Higgs

Por que razão as partículas têm massa? O campo de Higgs permeia todo o espaço e quebra espontaneamente a simetria eletrofraca. As partículas que interagem com ele adquirem, assim, massa inercial. O bosão de Higgs é a excitação desse campo — detetado no CERN em 2012.

Complexo
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Vácuo simétrica Fase (instável) V(φ) Potencial do Chapéu Mexicano
10 · Limites

Além do Modelo Padrão

O modelo padrão não explica a matéria escura, a gravidade ao nível quântico nem o domínio da matéria sobre a antimatéria no universo. Supersimetria, teoria das cordas e as Grandes Teorias Unificadas procuram o próximo nível mais profundo — até agora, sem confirmação experimental.

Fronteira
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Desconhecido / BSM QFT SM Higgs SUSY Cordas GUT Matéria Escura ? ? Em aberto: gravidade, matéria escura, …