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Leitura
Força Nuclear Forte O Modelo Padrão não descreve apenas as forças fraca e eletromagnética, mas também a força nuclear forte. A força nuclear forte é responsável por manter prótons e nêutrons juntos. Como o nome sugere, a força forte é bastante forte: 137 vezes mais forte que a força eletromagnética e 10 38 (10 seguido de 37 zeros) vezes maior que a gravidade [5]. Partículas chamadas glúons mediam interações fortes. O trabalho dos teóricos John Ellis, Mary Gaillard e Graham Ross levou à descoberta do glúon pelo colisor PETRA no DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) [6]. Sau Lan Wu fez importantes contribuições para a descoberta da partícula J/psi , que forneceu evidências experimentais para a existência do quark charm , e do gluon.[7] Uma área de pesquisa contínua em física envolve uma maior unificação das forças fundamentais.
Fontes [1] William Moebs, Samuel J. Ling & Jeff Sanny, University Physics Volume 1 (OpenStax, Houston, 19 September 2016). [2] Jim Al-Khalili, The House of Wisdom: How Arabic Science Saved Ancient Knowledge and Gave Us the Renaissance (The Penguin Press, New York, 2011), pg. 5-48 and 67-97. [3] Chen Cheng‐Yih (Joseph), “Magnetism in Chinese Culture” Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures (2008). [4 Nancy Atkinson, “Who Discovered Electricity?” Universe Today. [5] Hyperphysics, “The Fundamental Forces” [6] CERN, "Four Decades of Gluons" [7] S. Braibant; G. Giacomelli; M. Spurio (2009). Partículas e Interações Fundamentais: Uma Introdução à Física de Partículas . Springer . pp. 313–314. ISBN 978-94-007-2463- 1. [8] CERN, "Unified Forces" [9] Hyperphysics, “The Fundamental Forces”
Isaac Newton supostamente descobriu a gravidade enquanto observava uma maçã cair de sua macieira. Cortesia de ESVA/Rob Bishop Photos (cropped).
As etapas pelas quais o conceito de força se desenvolveu ao longo do tempo, é de extrema importância na história da física. Neste artigo, onde procuro apresentar de forma simples a evolução do conceito da unificação das forças, utilizo imagens do centro Emilio Segrè Visual Archives (ESVA). O desenvolvimento do conceito de força e a sua unificação nem sempre é feito de forma cronológica, e este artigo é um início sobre este tema. Os participantes desta história, fazem parte de diferentes locais do nosso planeta. A estrutura desta história vem de uma classificação bastante simples, feita nos cursos introdutórios de física, que apresentam as quatro forças fundamentais que regem a natureza: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas.
Gravidade A gravidade é algo com que todos estamos familiarizados. Pensamos em Newton e na sua macieira, na imagem à direita. Na realidade, a história é ainda mais fascinante. Podem ser identificados muitos pontos de partida na história da gravitação. Um deles é com Aristóteles. Ele pensava que os objectos tendiam para o centro da Terra com base
no seu peso. Brahmagupta, um estudioso que trabalhava na Índia do século VII, reconheceu que a gravidade é uma força de atração [1]. Na Idade de Ouro islâmica (que começou por volta do século VIII), os estudiosos de Aristóteles romperam com as concepções aristotélicas do universo. O historiador da ciência Jim Al-Khalili refere que Al-Baghdādī, um estudioso da Idade de Ouro islâmica, postulou uma forma inicial da lei da gravitação na Terra [2]. Os movimentos de, tradução e intelectuais trouxeram o conhecimento árabe para a Europa, abrindo caminho para Isaac Newton reconhecer que o movimento dos corpos planetários e o movimento dos objectos na Terra são regidos pelo mesmo princípio, especificado na sua lei da gravitação, que afirma que a força gravitacional é igual ao produto das massas de dois corpos e da constante gravitacional, dividido pela distância ao quadrado entre os seus centros de massa.
Retrato de James Clerk Maxwell, que unificou as forças elétricas e magnéticas. Cortesia de ESVA/GJ Stodart.
Força Nuclear Fraca
A força nuclear fraca é responsável pelo decaimento das partículas a razão pela qual podemos usar a datação por carbono), bem como pela fusão nas estrelas. Esses processos ocorrem quando os quarks, que compõem prótons e nêutrons, mudam de “sabor”. Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg mostraram que a força fraca e a força eletromagnética são variações da mesma força, a força eletrofraca. Sua descoberta, que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1979 e foi verificada experimentalmente em temperaturas muito altas, tornando-se a base do Modelo Padrão da Física de Partículas. À esquerda, Abdus Salam, e à direita, Steven Weinberg e Sheldon Glashow, ganhadores do Prêmio Nobel de Física de 1979, que foram reconhecidos por seu trabalho na teoria eletrofraca.
À esquerda, Abdus Salam, e à direita, Steven Weinberg e Sheldon Glashow, ganhadores do Prêmio Nobel de Física de 1979, que foram reconhecidos por seu trabalho na teoria eletrofraca. Cortesia de ESVA/Marshak Collection (imagem à esquerda) e ESVA/Will Owens (imagem à direita, cortada).
Mary Gaillard no quadro-negro. Mary Giallard, John Ellis e Graham Ross propuseram a configuração experimental que resultou na detecção do glúon em 1979. Foto cedida por AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection
O CERN descobriu que os efeitos da força forte enfraquecem em altas temperaturas [8]. Isso pode significar que em temperaturas extremamente altas, como as condições durante o Big Bang, o eletromagnetismo, bem como as forças fortes e fracas, poderiam ter sido unificados como uma única força no início do universo, embora atuem em escalas diferentes hoje: a força fraca atua em uma escala de aproximadamente 0,1% do diâmetro de um próton, e a força forte atua dentro do núcleo, enquanto as forças gravitacional e eletromagnética têm alcances infinitos [9]. Muitos físicos dedicaram suas carreiras à teoria da unificação. Embora existam muitas perguntas sem resposta, não dúvida de que a história da unificação é fundamental para a história da física.
Texto gentilmente cedido pelo “American Institute of Physics” - Niels Bohr Library & Archives. Autora: Maria Stokes
Eletromagnetismo Assim como a gravidade, conhecemos alguns efeitos das forças eletromagnéticas em nossa vida diária, desde ímãs de geladeira até os motores de nossos carros. A humanidade muito compreende algumas características da eletricidade e do magnetismo, da mesma forma que a força da gravidade. Antigos textos chineses documentam o magnetismo [3] e os antigos textos gregos, a eletricidade [4]. Interagimos com forças eletromagnéticas constantemente, pois as ondas de luz consistem em campos elétricos e magnéticos oscilantes. No século XIX, James Clerk Maxwell, retratado na imagem ao lado, reconheceu que eletricidade e magnetismo são a mesma coisa: a eletricidade existe entre partículas carregadas, enquanto o magnetismo ocorre quando essas partículas carregadas se movem. As forças eletromagnéticas para uma partícula carregada são caracterizadas pela lei da força de Lorentz, onde q é a carga, E é o campo elétrico, v é a velocidade e B é o campo magnético. Esta foi uma segunda importante unificação de forças na física. No entanto, a unificação não terminou aqui para as forças eletromagnéticas. Uma das unificações mais significativas na física ocorreu com a força eletromagnética e a força nuclear fraca.
Ciência e Cultura na escola
© CIÊNCIA-CULTURA.COM - Responsável - Ricardo Pante
Retrato de James Clerk Maxwell, que unificou as forças elétricas e magnéticas. Cortesia de ESVA/GJ Stodart.
Isaac Newton supostamente descobriu a gravidade enquanto observava uma maçã cair de sua macieira. Cortesia de ESVA/Rob Bishop Photos (cropped).
As etapas pelas quais o conceito de força se desenvolveu ao longo do tempo, é de extrema importância na história da física. Neste artigo, onde procuro apresentar de forma simples a evolução do conceito da unificação das forças, utilizo imagens do centro Emilio Segrè Visual Archives (ESVA). O desenvolvimento do conceito de força e a sua unificação nem sempre é feito de forma cronológica, e este artigo é um início sobre este tema. Os participantes desta história, fazem parte de diferentes locais do nosso planeta. A estrutura desta história vem de uma classificação bastante simples, feita nos cursos introdutórios de física, que apresentam as quatro forças fundamentais que regem a natureza: gravidade, eletromagnetismo e as forças nucleares fortes e fracas.
Gravidade A gravidade é algo com que todos estamos familiarizados. Pensamos em Newton e na sua macieira, na imagem acima. Na realidade, a história é ainda mais fascinante. Podem ser identificados muitos pontos de partida na história da gravitação. Um deles é com Aristóteles. Ele pensava que os objectos tendiam para o centro da Terra com base no seu peso. Brahmagupta, um estudioso que trabalhava na Índia do século VII, reconheceu que a gravidade é uma força de atração [1]. Na Idade de Ouro islâmica (que começou por volta do século VIII), os estudiosos de Aristóteles romperam com as concepções aristotélicas do universo. O historiador da ciência Jim Al-Khalili refere que Al-Baghdādī, um estudioso da Idade de Ouro islâmica, postulou uma forma inicial da lei da gravitação na Terra [2]. Os movimentos de, tradução e intelectuais trouxeram o conhecimento árabe para a Europa, abrindo caminho para Isaac Newton reconhecer que o movimento dos corpos planetários e o movimento dos objectos na Terra são regidos pelo mesmo princípio, especificado na sua lei da gravitação, que afirma que a força gravitacional é igual ao produto das massas de dois corpos e da constante gravitacional, dividido pela distância ao quadrado entre os seus centros de massa.
Eletromagnetismo Assim como a gravidade, conhecemos alguns efeitos das forças eletromagnéticas em nossa vida diária, desde ímãs de geladeira até os motores de nossos carros. A humanidade muito compreende algumas características da eletricidade e do magnetismo, da mesma forma que força da gravidade. Antigos textos chineses documentam o magnetismo [3] e os antigos textos gregos, a eletricidade [4]. Interagimos com forças eletromagnéticas constantemente, pois as ondas de luz consistem em campos elétricos e magnéticos oscilantes. No século XIX, James Clerk Maxwell, retratado na imagem à esquerda, reconheceu que eletricidade e magnetismo são a mesma coisa: a eletricidade existe entre partículas carregadas, enquanto o magnetismo ocorre quando essas partículas carregadas se movem. As forças eletromagnéticas para uma partícula carregada são caracterizadas pela lei da força de Lorentz, onde q é a carga, E é o campo elétrico, v é a velocidade e B é o campo magnético.
Esta foi uma segunda importante unificação de forças na física. No entanto, a unificação não terminou aqui para as forças eletromagnéticas. Uma das unificações mais significativas na física ocorreu com a força eletromagnética e a força nuclear fraca.
Força Nuclear fraca A força nuclear fraca é responsável pelo decaimento das partículas a razão pela qual podemos usar a datação por carbono), bem como pela fusão nas estrelas. Esses processos ocorrem quando os quarks, que compõem prótons e nêutrons, mudam de “sabor”. Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg mostraram que a força fraca e a força eletromagnética são variações da mesma força, a força eletrofraca. Sua descoberta, que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1979 e foi verificada experimentalmente em temperaturas muito altas, tornando-se a base do Modelo Padrão da Física de Partículas. À esquerda, Abdus Salam, e à direita, Steven Weinberg e Sheldon Glashow, ganhadores do Prêmio Nobel de Física de 1979, que foram reconhecidos por seu trabalho na teoria eletrofraca.
Mary Gaillard no quadro-negro. Mary Giallard, John Ellis e Graham Ross propuseram a configuração experimental que resultou na detecção do glúon em 1979. Foto cedida por AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection
Força Nuclear Forte O Modelo Padrão não descreve apenas as forças fraca e eletromagnética, mas também a força nuclear forte. A força nuclear forte é responsável por manter prótons e nêutrons juntos. Como o nome sugere, a força forte é bastante forte: 137 vezes mais forte que a força eletromagnética e 10 38 (10 seguido de 37 zeros) vezes maior que a gravidade [5]. Partículas chamadas glúons mediam interações fortes. O trabalho dos teóricos John Ellis, Mary Gaillard e Graham Ross levou à descoberta do glúon pelo colisor PETRA no DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) [6].
Sau Lan Wu fez importantes contribuições para a descoberta da partícula J/psi , que forneceu evidências experimentais para a existência do quark charm , e do gluon.[7] Uma área de pesquisa contínua em física envolve uma maior unificação das forças fundamentais. O CERN descobriu que os efeitos da força forte enfraquecem em altas temperaturas [8]. Isso pode significar que em temperaturas extremamente altas, como as condições durante o Big Bang, o eletromagnetismo, bem como as forças fortes e fracas, poderia ter sido unificado como uma única força no início do universo, embora atuem em escalas diferentes hoje: a força fraca atua em uma escala de aproximadamente 0,1% do diâmetro de um próton, e a força forte atua dentro do núcleo, enquanto as forças gravitacional e eletromagnética têm alcances infinitos [9]. Muitos físicos dedicaram suas carreiras à teoria da unificação. Embora existam muitas perguntas sem resposta, não dúvida de que a história da unificação é fundamental para a história da física.
Fontes [1] William Moebs, Samuel J. Ling & Jeff Sanny, University Physics Volume 1 (OpenStax, Houston, 19 September 2016). [2] Jim Al-Khalili, The House of Wisdom: How Arabic Science Saved Ancient Knowledge and Gave Us the Renaissance (The Penguin Press, New York, 2011), pg. 5-48 and 67-97. [3] Chen Cheng‐Yih (Joseph), “Magnetism in Chinese Culture” Encyclopaedia of the History of Science, Technology, and Medicine in Non-Western Cultures (2008). [4 Nancy Atkinson, “Who Discovered Electricity?” Universe Today. [5] Hyperphysics, “The Fundamental Forces” [6] CERN, "Four Decades of Gluons" [7] S. Braibant; G. Giacomelli; M. Spurio (2009). Partículas e Interações Fundamentais: Uma Introdução à Física de Partículas . Springer . pp. 313–314. ISBN 978-94-007-2463-1. [8] CERN, "Unified Forces" [9] Hyperphysics, “The Fundamental Forces”
Texto gentilmente cedido pelo “American Institute of Physics” - Niels Bohr Library & Archives. Autora: Maria Stokes
Ciência e Cutura na escola
Boa parte das imagens utilizadas neste site pertencem a tercei- ros, que gentilmente permitiram sua utilização, assim sendo não posso autorizar a utilização destas imagens.