{"id":853,"date":"2025-06-09T12:08:01","date_gmt":"2025-06-09T12:08:01","guid":{"rendered":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/?page_id=853"},"modified":"2025-06-17T15:10:22","modified_gmt":"2025-06-17T15:10:22","slug":"particulas","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sites.ifi.unicamp.br\/hadrex\/particulas\/","title":{"rendered":"Uma Breve Hist\u00f3ria da F\u00edsica de Part\u00edculas"},"content":{"rendered":"

Uma das grandes perguntas feitas pela humanidade \u00e9: “Do que as coisas s\u00e3o feitas?”<\/span> <\/strong>Sabemos que a resposta mais aceita na comunidade cient\u00edfica \u00e9: part\u00edculas! Mas de onde surgiu esse conceito e como chegamos a esse entendimento? Aqui, vamos contar uma breve hist\u00f3ria das part\u00edculas, do ponto de vista ocidental, come\u00e7ando pelos famosos gregos.<\/span><\/span><\/p>\n

Onde tudo come\u00e7ou\u2026<\/span><\/strong><\/p>\n

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Representa\u00e7\u00e3o de Arist\u00f3teles e seus disc\u00edpulos.<\/p>\n

National and Kapodistrian University of Athens<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

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Os quatro elementos cl\u00e1ssicos (fogo, ar, \u00e1gua, terra) de Emp\u00e9docles e Arist\u00f3teles ilustrados com um tronco em chamas. O tronco libera todos os quatro elementos ao ser destru\u00eddo.<\/p>\n

Chiswick Chap<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

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        A ideia do conceito de \u00e1tomo que temos atualmente surgiu com os gregos na antiguidade, sendo Dem\u00f3crito (460 a.C.) o pioneiro desse conceito. Naquela \u00e9poca, a quest\u00e3o sobre a constitui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria possu\u00eda um sentido diferente do que os cientistas atuais investigam. A vis\u00e3o de mundo dos gregos antigos estava sempre ligada \u00e0 filosofia, e tudo se iniciou com os naturalistas, que buscavam desmistificar a forma\u00e7\u00e3o do mundo atrav\u00e9s de mitos e f\u00e1bulas.<\/span><\/span><\/p>\n

        A vis\u00e3o mais aceita na Gr\u00e9cia Antiga era a ideia de unidades primordiais elementares, representadas pelos elementos: \u00e1gua, terra, ar e fogo. Os principais propagadores e desenvolvedores dessa ideia foram Emp\u00e9docles e Anax\u00e1goras (500 a.C.), Plat\u00e3o (427-342 a.C.) e Arist\u00f3teles (384-322 a.C.). A influ\u00eancia de Arist\u00f3teles foi t\u00e3o grande que sua teoria sobre a constitui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria (teoria dos “m\u00ednima naturais”) dominou at\u00e9 o final do s\u00e9culo XVI.<\/span><\/p>\n

        Entre os s\u00e9culos XVI e XVIII, tornou-se cada vez mais evidente a necessidade de uma nova teoria da constitui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria, impulsionando uma intensa busca por novos m\u00e9todos e teorias. Esse per\u00edodo \u00e9 conhecido como Revolu\u00e7\u00e3o Cient\u00edfica. Nesse contexto, a teoria at\u00f4mica ganhou destaque por sua simplicidade na explica\u00e7\u00e3o dos fen\u00f4menos, em compara\u00e7\u00e3o com a teoria dos “m\u00ednima”.<\/span><\/p>\n

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Modelos e Part\u00edculas<\/span><\/strong><\/p>\n

        A teoria at\u00f4mica ganhou for\u00e7a total no s\u00e9culo XVIII e se estabeleceu com seu primeiro modelo at\u00f4mico moderno, o modelo de John Dalton (1766-1844), que definiu os elementos qu\u00edmicos como um conjunto de \u00e1tomos.<\/span><\/span><\/p>\n

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  Modelo de Dalton.<\/p>\n

Valkurare<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

No modelo de Dalton os \u00e1tomos eram part\u00edculas maci\u00e7as que n\u00e3o eram pass\u00edveis de transforma\u00e7\u00e3o e eram indestrut\u00edveis, onde se associava cada \u00e1tomo espec\u00edfico a algum determinado elemento qu\u00edmico. Para Dalton, o \u00e1tomo de cada elemento nunca ser\u00e1 igual a de outro elemento qualquer e podem ser distinguidos, contudo os diferentes \u00e1tomos podem formar compostos. E assim, se estabeleceu uma conex\u00e3o entre os dados quantitativos de composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica e os \u00e1tomos.<\/div>\n<\/div>\n
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  Modelo de Thomson.<\/p>\n

Valkurare<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

No final do s\u00e9culo XIX, Joseph John Thomson (1856-1940) fez a descoberta do el\u00e9tron (1897), que resultou no Nobel da F\u00edsica de 1906, e foi um dos maiores precursores da teoria at\u00f4mica moderna. O modelo proposto por Thomson era de um \u00e1tomo din\u00e2mico e explica fen\u00f4menos como por exemplo: espectros at\u00f4micos e radioatividade. Thomson idealizou um modelo de um \u00e1tomo geral, mas que n\u00e3o prop\u00f5e uma estrutura concreta, pois conhecia muito bem as defici\u00eancias do seu modelo.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Modelo de Rutherford.<\/p>\n

Valkurare<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

Enerst Rutherford (1871-1937) elabora seu modelo at\u00f4mico, baseado no experimento que descreve o espalhamento de part\u00edculas-alpha, que resultou na descoberta de um n\u00facleo at\u00f4mico carregado positivamente e na descoberta do pr\u00f3ton em 1919, utilizando assim, a analogia de um sistema planet\u00e1rio para o seu modelo.<\/div>\n<\/div>\n
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  Modelo de Bohr.<\/p>\n

Kurzon<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

O modelo de Rutherford traz uma defici\u00eancia em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 estabilidade, que \u00e9 resolvida por Niels Bohr (1885-1962) estipulando que os el\u00e9trons estavam em \u00f3rbitas bem definidas em diferentes dist\u00e2ncias do n\u00facleo, quantizando o momento angular do el\u00e9tron.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
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Modelo de Schrodinger: Cole\u00e7\u00e3o de 16 orbitais at\u00f4micos de um \u00fanico el\u00e9tron para os quatro menores n\u00fameros qu\u00e2nticos n.<\/p>\n

Geek3<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

Ap\u00f3s os resultados de Planck, sobre a radia\u00e7\u00e3o de corpo negro, e de Einstein, sobre o efeito fotoel\u00e9trico, se compreendeu que a luz possui dois comportamentos caracter\u00edsticos: de onda e de part\u00edcula. Ent\u00e3o Louis de Broglie (1892-1987), postula que toda a mat\u00e9ria possui um comportamento parecido com a da luz, surgindo assim o conceito de onda-part\u00edcula.<\/div>\n<\/div>\n
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  Modelo de Schrodinger: \u00d3rbitas do \u00e1tomo de Hidrog\u00eanio.<\/p>\n

Jacopo Bertolotti<\/a>, CC0, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

Ent\u00e3o se utilizando da teoria at\u00f4mica de Bohr e da hip\u00f3tese de De Broglie, em 1925, Heisenberg desenvolve o princ\u00edpio da incerteza, e depois em 1926, Erwin Schrodinger desenvolve a equa\u00e7\u00e3o que descreve o comportamento de uma part\u00edcula atrav\u00e9s de uma fun\u00e7\u00e3o de onda, dando assim, in\u00edcio a Mec\u00e2nica Qu\u00e2ntica, surgindo assim, um novo modelo at\u00f4mico \u00e9 proposto, o modelo at\u00f4mico de Schrodinger, onde um \u00e1tomo \u00e9 composto por um n\u00facleo e uma nuvem eletr\u00f4nica.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Teoria e Experimento de m\u00e3os dadas<\/span><\/strong><\/p>\n

               Juntamente com a evolu\u00e7\u00e3o dos modelos at\u00f4micos, os te\u00f3ricos buscavam explicar os problemas e as consequ\u00eancias de cada modelo, prevendo a exist\u00eancia de novas part\u00edculas. Por sua vez, os experimentais buscavam maneiras de detectar as part\u00edculas propostas. Assim, te\u00f3ricos e experimentais, em colabora\u00e7\u00e3o, come\u00e7aram a descobrir novas part\u00edculas.<\/span><\/span><\/p>\n

        Em 1920, Rutherford previu a exist\u00eancia do<\/span> n\u00eautron<\/span>, que foi detectado em 1932 por James Chadwick, para explicar a massa nuclear. Em 1928, Dirac previu a exist\u00eancia do<\/span> p\u00f3sitron<\/span> (antipart\u00edcula do el\u00e9tron), que teria propriedades id\u00eanticas \u00e0s do el\u00e9tron, mas com carga oposta. Carl Anderson<\/span> detectou o p\u00f3sitron em 1932. Em 1930, Wolfgang Pauli previu a exist\u00eancia de outra part\u00edcula chamada<\/span> neutrino<\/span>, para explicar a perda an\u00f4mala de energia no decaimento de n\u00eautrons. Enrico Fermi demonstrou teoricamente a exist\u00eancia do neutrino em 1934, e Reines e Cowan o detectaram em 1953.<\/span><\/span><\/p>\n

        Ent\u00e3o, acreditava-se que os componentes b\u00e1sicos da mat\u00e9ria seriam<\/span> el\u00e9trons<\/span><\/strong>,<\/span> pr\u00f3tons<\/span><\/strong>,<\/span> n\u00eautrons<\/span><\/strong> e<\/span> neutrinos<\/span><\/strong>. No entanto, havia um problema de estabilidade no n\u00facleo. Como pr\u00f3tons e n\u00eautrons poderiam ficar confinados em um espa\u00e7o t\u00e3o pequeno? A repuls\u00e3o el\u00e9trica entre eles seria t\u00e3o grande que explodiria o n\u00facleo.<\/span><\/span><\/p>\n

        Assim, iniciou-se uma investiga\u00e7\u00e3o mais aprofundada dos componentes b\u00e1sicos da mat\u00e9ria, para buscar poss\u00edveis explica\u00e7\u00f5es aos problemas que emergiram da teoria at\u00f4mica. Essa busca levaria \u00e0 descoberta de novas part\u00edculas, iniciando um novo estudo focado em como essas part\u00edculas interagem e suas propriedades fundamentais.<\/span><\/span><\/p>\n

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Explorando o N\u00facleo<\/span><\/strong><\/p>\n

               Em 1935, o f\u00edsico te\u00f3rico japon\u00eas Hideki Yukawa prop\u00f4s a exist\u00eancia de uma nova part\u00edcula que mediaria a intera\u00e7\u00e3o forte, respons\u00e1vel por manter os nucleons (n\u00eautrons e pr\u00f3tons) unidos no n\u00facleo at\u00f4mico. Essa part\u00edcula foi denominada<\/span> m\u00e9son pi<\/span>, ou<\/span> p\u00edon<\/span>.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

        Assim, um p\u00edon poderia ser emitido por um n\u00eautron e absorvido por um pr\u00f3ton, ou vice-versa, fazendo com que o n\u00eautron e o pr\u00f3ton exercessem for\u00e7a um sobre o outro. Essa for\u00e7a foi chamada de for\u00e7a forte.<\/span><\/span><\/p>\n

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Cesar Lattes, 1949.<\/p>\n

Brazilian National Archives<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

        Segundo a previs\u00e3o de Yukawa, o p\u00edon seria mais pesado que o el\u00e9tron e mais leve que o pr\u00f3ton. Portanto, ao passar por uma c\u00e2mara de bolhas com campo magn\u00e9tico, ele deveria ter uma trajet\u00f3ria menos curvada que a de um el\u00e9tron e mais curvada do que a do pr\u00f3ton.<\/span><\/p>\n

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Fotografia de rastros da c\u00e2mara de bolhas de hidrog\u00eanio l\u00edquido de part\u00edculas carregadas.<\/p>\n

Ponor<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

        Em 1936, os f\u00edsicos C. D. Anderson e S. H. Neddermeyer encontraram essa trajet\u00f3ria na c\u00e2mara de bolhas, mas a part\u00edcula encontrada n\u00e3o era a prevista por Yukawa. Era uma nova part\u00edcula, semelhante ao el\u00e9tron, que foi chamada de<\/span> m\u00faon<\/span>, com cerca de 200 vezes a massa do el\u00e9tron.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

        Foi somente em 1947 que o m\u00e9son pi foi detectado, utilizando a t\u00e9cnica de emuls\u00f5es fotogr\u00e1ficas em part\u00edculas c\u00f3smicas. O brasileiro C\u00e9sar Lattes (1924-2005) teve um papel de destaque na descoberta do m\u00e9son pi e \u00e9, sem d\u00favida, o brasileiro que chegou mais perto de ganhar um Pr\u00eamio Nobel de F\u00edsica. (Para os brasileiros, foi C\u00e9sar Lattes quem descobriu o m\u00e9son pi.)<\/span><\/span><\/p>\n

        Com isso, as seguintes part\u00edculas eram conhecidas:<\/span> el\u00e9trons<\/span><\/strong>,<\/span> pr\u00f3tons<\/span><\/strong>,<\/span> n\u00eautrons<\/span><\/strong>,<\/span> neutrinos<\/span><\/strong>,<\/span> p\u00f3sitrons<\/span><\/strong>,<\/span> m\u00faons<\/span><\/strong> e<\/span> p\u00edons<\/span><\/strong>.<\/span> Com o avan\u00e7o das pesquisas em raios c\u00f3smicos e aceleradores de part\u00edculas, o n\u00famero de part\u00edculas aumentou cada vez mais, e tentativas de organizar essas part\u00edculas come\u00e7aram a surgir.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

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Quark e as novas part\u00edculas<\/span><\/strong><\/p>\n

             Em 1960-61, os f\u00edsicos Murray Gell-Mann e Yuval Ne’eman, de forma independente, desenvolveram a primeira classifica\u00e7\u00e3o bem-sucedida que evidenciou a conex\u00e3o b\u00e1sica entre part\u00edculas de diferentes fam\u00edlias. Como muitas part\u00edculas podiam ser agrupadas em conjuntos de oito, a classifica\u00e7\u00e3o foi chamada de classifica\u00e7\u00e3o octal. Podemos dizer que, assim como Mendeleev classificou os elementos qu\u00edmicos (tabela peri\u00f3dica), Gell-Mann e Ne’eman criaram uma tabela peri\u00f3dica para as part\u00edculas.<\/span><\/span><\/p>\n

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M\u00e9sons organizados em um octeto, de acordo com o caminho \u00f3ctuplo.<\/p>\n

I, Laurascudder<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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B\u00e1rions organizados em um octeto, de acordo com o caminho \u00f3ctuplo.<\/p>\n

I, Laurascudder<\/a>, CC BY-SA 3.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Buscando aprimorar essa classifica\u00e7\u00e3o, Murray Gell-Mann e George Zweig conclu\u00edram, independentemente, que tais padr\u00f5es ocorreriam se algumas part\u00edculas fundamentais do \u00e1tomo fossem formadas por part\u00edculas ainda mais fundamentais. Essas part\u00edculas ficaram conhecidas como<\/span> quarks<\/span>. As part\u00edculas formadas por um par quark-antiquark foram chamadas de<\/span> m\u00e9sons<\/span> (como o p\u00edon e o k\u00e1on), enquanto as formadas por tr\u00eas quarks foram chamadas de<\/span> b\u00e1rions<\/span> (os b\u00e1rions mais conhecidos s\u00e3o os pr\u00f3tons e n\u00eautrons). M\u00e9sons e b\u00e1rions, juntos, s\u00e3o chamados de<\/span> h\u00e1drons<\/span>. Temos tamb\u00e9m a classifica\u00e7\u00e3o chamada de<\/span> l\u00e9ptons<\/span>, que inclui: o el\u00e9tron, o neutrino do el\u00e9tron e o m\u00faon.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

        A teoria original dos quarks previa tr\u00eas tipos, ou sabores:<\/span> quark up<\/span> (u),<\/span> quark down<\/span> (d) e<\/span> quark strange<\/span> (s). Os pr\u00f3tons e n\u00eautrons s\u00e3o constitu\u00eddos pelos quarks u e d (pr\u00f3ton: uud e n\u00eautron: udd), e o quark s foi proposto para incluir a propriedade da estranheza.<\/span><\/span><\/p>\n

        Com o surgimento dos aceleradores de part\u00edculas de altas energias, e guiados pelos resultados experimentais e pela busca por simetrias, foram propostos e descobertos o<\/span> neutrino do m\u00faon<\/span> (1962), o<\/span> quark charm (c)<\/span> (1976), o l\u00e9pton tau<\/span> (1975), o<\/span> neutrino do tau<\/span> (1978), o<\/span> quark bottom (b)<\/span> (1977), os<\/span> b\u00f3sons W e Z<\/span> (1983), o<\/span> quark top (t)<\/span> (1995, postulado teoricamente muito antes de sua descoberta) e o<\/span> b\u00f3son de Higgs<\/span> (2013).<\/span><\/span><\/p>\n

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Os sabores (tipos) dos Quarks.<\/p>\n

Ranjithsiji<\/a>, CC BY-SA 4.0<\/a>, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

Modelo Padr\u00e3o da F\u00edsica de Part\u00edculas<\/span><\/strong><\/p>\n

            Pelo que conhecemos hoje, l\u00e9ptons<\/em><\/span><\/strong> e quarks<\/em><\/span><\/strong> s\u00e3o part\u00edculas elementares, ou seja, n\u00e3o possuem estrutura interna. Os b\u00f3sons<\/em><\/span><\/strong> s\u00e3o as part\u00edculas mediadoras das intera\u00e7\u00f5es.<\/span><\/span><\/p>\n

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Modelo Padr\u00e3o das Part\u00edculas Elementares.<\/p>\n

Cush<\/a>, Public domain, via Wikimedia Commons<\/p><\/div>\n

          Logo, tudo o que encontramos no universo \u00e9 constitu\u00eddo por essas part\u00edculas. A teoria atual que identifica e descreve como essas part\u00edculas interagem \u00e9 chamada de Modelo Padr\u00e3o de part\u00edculas elementares, que consiste em um conjunto de teorias que descrevem a estrutura da mat\u00e9ria, como a Teoria Eletrofraca (que descreve as intera\u00e7\u00f5es eletromagn\u00e9ticas e fracas) e a Cromodin\u00e2mica Qu\u00e2ntica (que descreve as intera\u00e7\u00f5es fortes).<\/span><\/span><\/p>\n

Links interessantes sobre o F\u00edsica de Part\u00edculas<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

Conte\u00fados em portugu\u00eas<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

V\u00eddeos<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n