João Torres IF - UFRJ

1. O que é a matéria? João Torres IF - UFRJ

2. Universo Universo (observado) partículas peixinho de aquário Everest átomos diâmetro da Via-Láctea baleias Terra - Sol 0.01 = 10-2 1000 = 103

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

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

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

13. Radiação Röntgen 1896 Descoberta dos raios X

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

16. Tubo de Crooks anodo campo elétrico catodo Fendas magnetos tela

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

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

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 • bola de ping-pong no meio do Maracanã • elétrons circulando nas arquibancadas Escala: Vazio! Experimento padrão da física de partículas (espalhamento)

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 oxigênio (8p+9n) alfa (2p+2) nitrogênio (7p+7n)

24. lâmpada de 100 W queima de 1g de carvão: 1 minuto química: fissão de 1g de carvão: 1000000 minutos nuclear: Tecnologia nuclear 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. Mecânica quântica + relatividade Dirac (1930) duas soluções pósitron Anderson (1934) matéria antimatéria energia + Antimatéria

28. Antipróton

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

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

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

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

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

34. ceticismo

35. Experimentos de laboratório Raios cósmicos Meteoritos Rochas do mar Onde estavam os quarks? 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. sistema continua o mesmo após uma transformação Simetria: Simetrias e Quarks 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. 1685 3 sss 2 1530 dss uss 1 1385 dds uds uus 0 1236 ddd udd uud uuu -1 0 1 2 Ômega

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

40. Gravidade Forte Fraca Eletromagnética Modelo Padrão: Interações

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

42. gravitacional infinito todas infinito eletromagnetica carregadas quarks e léptons fraca 1 quarks e glúons forte Interações 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 m bactéria m moléculas

45. Super microscópios

46. LEP a máquina mais complexa do mundo

47. Túnel encurvador rádio-freqüência focalizador

48. pósitron (antimatéria) elétron (matéria)

49. Opal opal

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