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Posts Tagged ‘bóson’

O Prêmio Nobel de Física de 2008 foi concedido a 3 físicos japoneses. Metade do prêmio vai para o naturalizado norte-americano Yoichiro Nambu, pela descoberta do mecanismo da quebra de simetria espontânea na física subatômica. A outra metade vai para os japoneses Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa, pela descoberta da origem da quebra de simetria que permitiu prever a existência de três famílias de quarks na natureza.

A simetria é uma propriedade tão atávica na vida de um físico, que é importante até quando não existe. Confusa a frase? Deixe-me explicar. Muitos físicos acreditam que a natureza é simples e simétrica, e quando a simetria não existe, ou quando ela é quebrada, algo de importante deve ter acontecido. Isso não é uma simples licença poética, uma quimera inconseqüente. A história da física está repleta de casos em que explicações de fenômenos conhecidos e descobertas de novos fenômenos foram orientadas pela investigação de quebras de simetria.

Talvez não haja área da física em que a quebra de simetria seja tão importante quanto na física de partículas elementares, mas foi a partir da descoberta da supercondutividade que o tema foi descoberto por Nambu, em 1960. Com a idéia de quebra espontânea de simetria, ele explicou o efeito Meissner, um dos grandes mistérios da supercondutividade. Na verdade, desde 1928 a quebra espontânea de simetria vinha sendo usada na física da matéria condensada. O mérito de Nambu foi mostrar que ela também podia ser usada em teoria de campo. Daí para a física de partículas elementares foi um pequeno salto.

O primeiro sinal de uma quebra de simetria em física de partículas veio no bojo das investigações de Sheldon Glashow (1932-), Steven Weinberg (1933-) e o paquistanês Abdus Salam (1926-1996), nos anos 1960, quando eles mostraram que as interações eletromagnética e fraca podiam ser unificadas. Mas, aí criaram um pequeno problema. Se o fóton, que propaga a interação eletromagnética, é uma partícula sem massa de repouso, como é possível que os propagadores da interação fraca, os bósons W e Z, sejam partículas com massa de repouso diferente de zero? Resposta: por causa de uma quebra de simetria. Foi aí que Higgs fez sua proposta, criando o bóson que leva seu nome. Este seria o responsável pela massa, não apenas dos bósons W e Z, como de todo o universo.

Partindo do modelo de Glashow-Salam-Weinberg, Kobayaschi e Maskawa mostraram, em 1973, que tudo estaria correto se existissem no mínimo três gerações de pares de quark. Na época apenas o quark estranho havia sido experimentalmente comprovado. Mas as descobertas sucederam-se rapidamente. Logo depois do trabalho de Kobayashi e Maskawa, ainda em 1974, o quark charme foi descoberto.. Em 1977, foi a vez do bottom e do down. Em 1994, o up foi descoberto. Finalmente, em 1995 o sexto quark, o top, deu as caras.

Para completar a família do modelo padrão falta a captura do bóson de Higgs. Prudentemente a Real Academia Sueca de Ciências garantiu o Nobel deste ano para os japoneses que previram as famílias de quarks, para deixar o do ano que vem para Higgs, depois que sua partícula for observada no LHC. Quem viver verá!

Para saber mais:

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Veja os textos sobre física de partículas.

  1. ABDALLA, M.C.B. O discreto charme das partículas elementares. São Paulo: Editora Unesp, 2006.
  2. ARNS, R. G. Detecting the neutrino. Physics in Perspective, 3 (2001) 314–334, 2001. Disponível em <http://www.springerlink.com/content/y9qlj0pbqqemqpyr/fulltext.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  3. BARISH, B., WALKER, N., YAMAMOTO, H. Building the Next-Generation Collider. Scientific American, pp. 46-51, February 2008.
  4. BEDIAGA, I. O colosso criador e esmagador de matéria. Ciência Hoje, v. 42, n.247, abril de 2008. Disponível em < http://cienciahoje.uol.com.br/protected/127987>. Acesso em 09/09/2008.
  5. Blog do professor Carlos <http://www.professorcarlos.com/2008/09/para-apreciar-festa-do-lhc.html>.
  6. BRUMFIEL, G. Particle physics: The race to break the standard model. Nature, v. 455, n. 7210, p. 156, 2008. Disponível em <http://www.nature.com/news/2008/080910/full/455156a.html>. Acesso em 10/09/2008.
  7. BRÜNING, O., COLLIER, P. Building a behemoth. Nature 448, 285-289 (19 July 2007). Disponível em <http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/pdf/nature06077.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  8. CAMPAGNARI, C., FRANKLIN, M. The discovery of the top quark. Reviews of Modern Physics, v. 69, n. 1, 137-211, 1997.
  9. CRIBIER, M., SPIRO, M., VIGNAUD, D. Le neutrino, une particule à problèmes. La Recherche, 275, 408-414, 1970.
  10. ELLIS, J. Particle physics: the next generation. Physics World, 43-48, Dec. 1999.
  11. ______. Beyond the standard model with the LHC. Nature v. 448, 297-301 (19 July 2007). Disponível em <http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/pdf/nature06079.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  12. FERMI, E., YANG, C. N. Are Mesons Elementary Particles? Physical Review, v. 76, n. 12, pp. 1739-1743, 1949.
  13. GLASHOW, S. L. Towards a unified theory: Threads in a tapestry. Reviews of Modern Physics, V. 52, N.3, 539-543, 1980.
  14. HARTMANN, S. Models and stories in hadron physics. Disponível em <http://philsci-archive.pitt.edu/archive/00002433/01/Stories.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  15. HOOFT, G. ’t. The making of the standard model. Nature v. 448, 271-273 (19 July 2007). Disponível em <http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/pdf/nature06074.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  16. KULLANDER, S. Accelerators and Nobel laureates. Disponível em <http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/articles/kullander/>. Acesso em 09/09/2008.
  17. LEDERMAN, L. The God particle et al. Nature, v. 448, 310-312 (19 July 2007). Disponível em <http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/full/nature06081.html>. Acesso em 09/09/2008.
  18. LISS, T. M., TIPTON, P. L. The Discovery of the top quark. Scientific American, 36-41, Sept. 1997.
  19. LOVATI, F. Para onde vai a física de partículas. Disponível em <http://cienciahoje.uol.com.br/45255>. Acesso em 09/09/2008.
  20. MUKERJEE, M. A Little Big Bang. Scientific American, pp. 42-47, March 1999.
  21. MULLER, T. The CMS tracker and its performance. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, v. 408, n. 1, 119-127, 1998.
  22. NEFKENS, B.M.K. Meson-nucleon physics: past, present and future. arXiv.org > nucl-ex > arXiv:nucl-ex/0202006. Disponível em <http://arxiv.org/PS_cache/nucl-ex/pdf/0202/0202006v1.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  23. OLIVEIRA, A. Elementar, meu caro leitor. Disponível em <http://cienciahoje.uol.com.br/69442>. Acesso em 09/09/2008.
  24. PANOFSKY, W. K. H. The evolution of particle accelerators & Colliders. Disponível em <http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/27/1/27-1-panofsky.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  25. PERL, M. L. The electron, muon, and tau heavy lepton: Are they the truly elementary particles?. Disponível em <http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-pub-2531.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  26. ______. The Discovery of the Tau Lepton and the Changes in Elementary-Particle Physics in Forty Years. Physics in Perspective, v. 6, pp. 401–427, 2004. Disponível em <http://www.springerlink.com/content/39gc1rwy45g0dlta/fulltext.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  27. QUIGG, C. The coming revolutions in particle physics. Scientific American, pp. 38-45, Feb. 2008.
  28. ROQUÉ, X. The manufacture of the positron. Studies in History and Philosophy of Modern Physics. V. 28, N. 1, pp. 73-129, 1997.
  29. STAPNES, S. Detector challenges at the LHC. Nature, v. 448, 19 July 2007. Disponível em <http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/pdf/nature06078.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  30. TREIMAN, S. B. The weak interactions. Scientific American, pp. 2-11, March 1959.
  31. WEINBERG, S. Conceptual foundations of the unified theory of weak and electromagnetic interactions. Reviews of Modern Physics, v. 52, n. 3, pp. 515-523, 1980.
  32. ______. The making of the standard model. arXiv.org > hep-ph > arXiv:hep-ph/0401010v1. Disponível em <http://arxiv.org/PS_cache/hep-ph/pdf/0401/0401010v1.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  33. WEISSKOPF, V. F. Nuclear structure and modern physics. Physics Today, v. 20, n. 5, pp.23-26, 1967.
  34. WILCZEK, F. The future of particle physics as a natural science. arXiv:hep-ph/9702371v2 20 Feb 1997. Disponível em <http://arxiv.org/PS_cache/hep-ph/pdf/9702/9702371v2.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  35. ______. In search of symmetry lost. Nature, v. 433, pp.239-247, 20 JANUARY 2005.
  36. WILLIAMS, G. Antimatter and 20th century science. Physics Education, v. 40, n. 3, pp. 238-244, 2005.
  37. WYATT, T. High-energy colliders and the rise of the standard model. Nature, v. 448, 274-280, 19 July 2007. Disponível em <http://inpp.ohiou.edu/~inpp/nuclear_lunch/archive/2007/nature06075.pdf>. Acesso em 09/09/2008.
  38. ZWEIG, G. Origins of the Quark Model. Disponível em <http://www-hep2.fzu.cz/~chyla/talks/others/zweig80.pdf>. Acesso em 09/09/2008.Voltar para o sumário.

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A avalanche de notícias que tomou conta de jornais e revistas do mundo inteiro sobre a entrada em operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC: Large Hadron Collider) determinou o tema da minha coluna de setembro na Ciência Hoje Online. Para termos uma boa visão da física que está por trás desse fantástico empreendimento é necessário um espaço bem maior do que aquele definido na CH Online. Portanto, usarei o blog para complementar a matéria da CH Online.

Sumário
  1. O modelo padrão
  2. O bóson de Higgs e a quebra de simetria
  3. Aceleradores de partículas
  4. O LHC
  5. O detector ALICE
  6. O detector ATLAS
  7. O detector CMS
  8. O detector LHCb
  9. Bibliografia 

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A avalanche de notícias que tomou conta de jornais e revistas do mundo inteiro sobre a entrada em operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC: Large Hadron Collider) determinou o tema da minha coluna de setembro na Ciência Hoje Online .

Para termos uma boa visão da física que está por trás desse fantástico empreendimento é necessário um espaço bem maior do que aquele definido na CH Online. Portanto, usarei o blog para complementar a matéria da CH Online.

Sumário
  1. O modelo padrão
  2. Descoberta de algumas partículas “elementares”
  3. O bóson de Higgs e a quebra de simetria
  4. Aceleradores e detectores de partículas
  5. O LHC
  6. O detector ALICE
  7. O detector ATLAS
  8. O detector CMS
  9. O detector LHCb
  10. O LHC vai destruir a terra?
  11. BibliografiaEstou comprometido com a redação de um artigo e de uma palestra para este mês de outubro, razão pela qual interromperei a produção deste material sobre as partículas elementares.

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