partícula subatômica
partícula subatômica , também chamado partícula elementar , qualquer uma das várias unidades autônomas de matéria ou energia isso é o fundamental constituintes de toda matéria. Partículas subatômicas incluem elétrons , as partículas carregadas negativamente, quase sem massa que, no entanto, são responsáveis pela maior parte do tamanho do átomo , e eles incluem os blocos de construção mais pesados do núcleo pequeno, mas muito denso do átomo, o prótons e os nêutrons eletricamente neutros. Mas esses componentes atômicos básicos não são de forma alguma as únicas partículas subatômicas conhecidas. Prótons e nêutrons, por exemplo, são feitos de partículas elementares chamadas quarks, e o elétron é apenas um membro de uma classe de partículas elementares que também inclui o quer e o neutrino. Partículas subatômicas mais incomuns, como o pósitron , a contraparte de antimatéria do elétron - foram detectados e caracterizados em interações de raios cósmicos em Da terra atmosfera . O campo de partículas subatômicas se expandiu dramaticamente com a construção de poderosos aceleradores de partículas para estudar colisões de alta energia de elétrons, prótons e outras partículas com a matéria. Conforme as partículas colidem em alta energia, a energia de colisão se torna disponível para a criação de partículas subatômicas, como mésons e hiperons. Por fim, completando a revolução iniciada no início do século 20 com as teorias da equivalência de matéria e energia, o estudo das partículas subatômicas foi transformado pela descoberta de que as ações das forças se devem à troca de partículas de força como fótons e glúons. Mais de 200 partículas subatômicas foram detectadas - a maioria delas altamente instáveis, existindo por menos de um milionésimo de segundo - como resultado de colisões produzidas em reações de raios cósmicos ou experimentos com aceleradores de partículas. A pesquisa teórica e experimental em física de partículas, o estudo das partículas subatômicas e suas propriedades, deu aos cientistas uma compreensão mais clara da natureza da matéria e da energia e da origem do universo.
Large Hadron Collider O Large Hadron Collider (LHC), o acelerador de partículas mais poderoso do mundo. No LHC, localizado no subsolo da Suíça, físicos estudam partículas subatômicas. CERN
A compreensão atual do estado da física de partículas é integrado dentro de um conceptual estrutura conhecida como Modelo Padrão. O modelo padrão fornece um esquema de classificação para todas as partículas subatômicas conhecidas com base em descrições teóricas das forças básicas da matéria.
Conceitos básicos de física de partículas
O átomo divisível
Veja como John Dalton construiu sua teoria atômica sobre os princípios estabelecidos por Henry Cavendish e Joseph-Louis Proust John Dalton e o desenvolvimento da teoria atômica. Encyclopædia Britannica, Inc. Veja todos os vídeos para este artigo
O estudo físico das partículas subatômicas tornou-se possível apenas durante o século 20, com o desenvolvimento de aparelhos cada vez mais sofisticados para sondar a matéria em escalas de 10-15metro e menos (isto é, a distâncias comparáveis ao diâmetro do próton ou nêutron). No entanto, a filosofia básica do assunto agora conhecido como física de partículas data de pelo menos 500bce, quando o filósofo grego Leucipo e seu aluno Demócrito propuseram a noção de que a matéria consiste em partículas invisivelmente pequenas e indivisíveis, que eles chamaram átomos . Por mais de 2.000 anos, a ideia de átomos permaneceu amplamente negligenciada, enquanto a visão oposta de que a matéria consiste em quatro elementos - terra, fogo, ar e água - prevaleceu. Mas, no início do século 19, a teoria atômica da matéria havia voltado ao favor, fortalecido em particular pelo trabalhos de John Dalton , um químico inglês cujos estudos sugeriram que cada Elemento químico consiste em seu próprio tipo único de átomo . Como tal, os átomos de Dalton ainda são os átomos da física moderna. No final do século, porém, começaram a surgir os primeiros indícios de que os átomos não são indivisíveis, como Leucipo e Demócrito haviam imaginado, mas que, em vez disso, contêm partículas menores.
Em 1896, o físico francês Henri Becquerel descobriu a radioatividade e, no ano seguinte, J.J. Thomson, professor de física da Universidade de Cambridge na Inglaterra, demonstrou a existência de minúsculas partículas muito menores em massa do que hidrogênio , o átomo mais leve. Thomson descobriu a primeira partícula subatômica, a elétron . Seis anos depois Ernest Rutherford e Frederick Soddy, trabalhando na Universidade McGill em Montreal, descobriu que a radioatividade ocorre quando átomos de um tipo se transmutam nos de outro tipo. A ideia de átomos como objetos imutáveis e indivisíveis tornou-se insustentável .
A estrutura básica do átomo tornou-se aparente em 1911, quando Rutherford mostrou que a maior parte da massa de um átomo está concentrada em seu centro, em um minúsculo núcleo. Rutherford postulou que o átomo se assemelhava a um sistema solar em miniatura, com luz , elétrons com carga negativa orbitando o núcleo denso e com carga positiva, assim como os planetas orbitam o sol. O teórico dinamarquês Niels Bohr refinou este modelo em 1913, incorporando as novas ideias de quantização que foi desenvolvido pelo físico alemão Max Planck na virada do século. Planck havia teorizado que radiação eletromagnética , como a luz, ocorre em pacotes discretos, ou quantos , de energia agora conhecida como fótons . Bohr postulou que os elétrons circulavam o núcleo em órbitas de tamanho e energia fixos e que um elétron poderia saltar de uma órbita para outra apenas emitindo ou absorvendo quantos de energia. Incorporando assim a quantização em sua teoria do átomo, Bohr introduziu um dos elementos básicos da moderna física de partículas e estimulou uma aceitação mais ampla da quantização para explicar os fenômenos atômicos e subatômicos.
Modelo atômico de Rutherford O físico Ernest Rutherford imaginou o átomo como um sistema solar em miniatura, com elétrons orbitando em torno de um núcleo massivo e principalmente como um espaço vazio, com o núcleo ocupando apenas uma parte muito pequena do átomo. O nêutron não havia sido descoberto quando Rutherford propôs seu modelo, que tinha um núcleo consistindo apenas de prótons. Encyclopædia Britannica, Inc.
Tamanho
As partículas subatômicas desempenham dois papéis vitais na estrutura da matéria. Eles são os blocos básicos de construção do universo e a argamassa que os une. Embora as partículas que cumprem essas funções diferentes sejam de dois tipos distintos, elas compartilham algumas características comuns, a principal delas é o tamanho.
O pequeno tamanho das partículas subatômicas talvez seja expresso de forma mais convincente, não pela declaração de suas unidades absolutas de medida, mas pela comparação com as partículas complexas das quais fazem parte. Um átomo, por exemplo, é tipicamente 10-10metro de diâmetro, mas quase todo o tamanho do átomo é um espaço vazio desocupado disponível para os elétrons de carga pontual que cercam o núcleo. A distância através de um núcleo atômico de tamanho médio é de aproximadamente 10-14metros - apenas1/10.000o diâmetro do átomo. O núcleo, por sua vez, é constituído de prótons e nêutrons eletricamente neutros, coletivamente referidos como núcleons, e um único núcleon tem um diâmetro de cerca de 10-15metro, isto é, cerca de1/10o do núcleo e1/100.000a do átomo. (A distância através do núcleo, 10-15metro, é conhecido como fermi, em homenagem ao físico italiano Enrico Fermi, que fez muitos trabalhos experimentais e teóricos sobre a natureza do núcleo e seu conteúdo.)
Os tamanhos dos átomos, núcleos e núcleons são medidos disparando um feixe de elétrons em um alvo apropriado. Quanto maior a energia dos elétrons, mais eles penetram antes de serem desviados pelas cargas elétricas dentro do átomo. Por exemplo, um feixe com energia de algumas centenas elétron volts (eV) espalha-se dos elétrons em um átomo alvo. A forma como o feixe é espalhado ( espalhamento de elétrons ) podem então ser estudados para determinar a distribuição geral dos elétrons atômicos.
Com energias de algumas centenas de megaelétrons volts (MeV; 106eV), os elétrons do feixe são pouco afetados pelos elétrons atômicos; em vez disso, eles penetram no átomo e são espalhados pelo núcleo positivo. Portanto, se esse feixe for disparado em hidrogênio líquido , cujos átomos contêm apenas prótons únicos em seus núcleos, o padrão de elétrons espalhados revela o tamanho do próton. Com energias superiores a um volt gigaelétron (GeV; 109eV), os elétrons penetram nos prótons e nêutrons, e seus padrões de espalhamento revelam uma estrutura interna. Assim, prótons e nêutrons não são mais indivisíveis do que os átomos; na verdade, eles contêm partículas ainda menores, chamadas de quarks.
Quarks são tão pequenos ou menores do que os físicos podem medir. Em experimentos com energias muito altas, o equivalente a sondar prótons em um alvo com elétrons acelerados para quase 50.000 GeV, os quarks parecem se comportar como pontos no espaço, sem tamanho mensurável; eles devem, portanto, ser menores que 10-18metro, ou menos que1/1.000o tamanho dos núcleos individuais que eles formam. Experimentos semelhantes mostram que os elétrons também são menores do que é possível medir.
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