Introdução à Física Nuclear e de Partículas

Question 1

O que é que a Física de Partículas estuda?

Answer 1

Estuda as partículas elementares e as suas interacções.

Question 2

Quais são as quatro interações fundamentais?

Answer 2

Gravítica, eletromagnética, forte e fraca.

Question 3

O que media as interações fundamentais?

Answer 3

Os bosões elementares ou de gauge.

Question 4

Quais são as partículas fundamentais (3 pontos)?

Answer 4

• 12 fermiões de spin 1/2: 6 leptões e 6 hadrões.
• Bosões de gauge das 4 interações.
• O bosão de Higgs.

Question 5

Enuncia uma distinção entre os leptões e os hadrões.

Answer 5

Os leptões não sentem a interação forte, enquanto que os hadrões sentem as quatro interações.

Question 6

Enuncia os seis leptões.

Answer 6

Eletrões, muões, taus, e os respetivos neutrinos.

Question 7

Enuncia os seis hadrões.

Answer 7

Up, down, charm, strange, top e bottom.

Question 8

Ordena as interações pela sua intensidade relativa, do menor para o maior.

Answer 8

Gravítica, fraca, eletromagnética, forte.

Question 9

Ordena as interações pelo seu alcance, do menor para o maior.

Answer 9

Fraca, forte, tanto a eletromagnética como a gravítica são de longo alcance, dado que variam com 1/r^2.

Question 10

Enuncia os primeiros lugares de observação para as quatro interações.

Answer 10

Gravítica: Universal
Eletromagnética: Moléculas e átomos
Fraca: Decaimentos
Forte: Núcleos

Question 11

Que interação não tem tempo de declínio?

Answer 11

A gravítica.

Question 12

O que é “especial” acerca da interação fraca?

Answer 12

Viola o maior número de leis de conservação e simetrias.

Question 13

Enuncia os tempos de declínio típicos para as interações que o têm.

Answer 13

Eletromagnética: 10^-16 a 10^-21
Fraca: 10^6 a 10^-13
Forte: 10^-22 a 10^-24

Question 14

Enuncia os quatro bosões, e a que interação estão associado, bem como o seu spin e carga.

Answer 14

Os bosões têm spin 1.

• Eletromagnética: Fotão (carga 0)
• Fraca: W (carga +-1) e Z_0 (carga 0)
• Forte: Gluão (carga 0)

Question 15

Que teoria(s) explica a interação eletromagnética?

Answer 15

QED (quantum eletrodynamics).

Question 16

Que teoria(s) explica a interação fraca?

Answer 16

QED (quantum eletrodynamics) e weak electro.

Question 17

Que teoria(s) explica a interação forte?

Answer 17

QED (quantum eletrodynamics), weak electro e GUT (Teoria da grande unificação).

Question 18

Quantos gluões existem?

Answer 18

8.

Question 19

Qual é o spin do bosão elementar?

Answer 19

0.

Question 20

Que interação estuda o bosão de Higgs? Que relação tem com esta teoria?

Answer 20

Interação eletrofraca. É fundamental ao funcionamento da teoria porque dá massa às outras partículas.

Question 21

Porque é que é difícil procurar e detetar o bosão de Higgs?

Answer 21

Porque a teoria eletrofraca não prevê a sua massa.

Question 22

Que bosão está por descobrir?

Answer 22

O gravitrão (spin=2), correspondente à interação gravítica.

Question 23

Porque é que ainda não se descobriu o gravitrão?

Answer 23

A teoria ainda não está quantificada.

Question 24

Que teoria tenta unificar a interação gravítica com as restantes interações?

Answer 24

A teoria das cordas.

Question 25

O que tem a interação gravítica em conjunto com a teoria de Maxwell?

Answer 25

Equações de onda cuja solução são as ondas eletromagnéticas.

Question 26

Que tipo de ondas são solução da teoria da relatividade geral?

Answer 26

Ondas gravitacionais.

Question 27

O que é uma anti-partícula?

Answer 27

É uma partícula em tudo igual à partícula “original”, diferindo unicamente na sua carga (a qual é simétrica).

Question 28

Que reação acontece entre partículas e anti-partículas?

Answer 28

Aniquilam-se, originando radiação.

Question 29

Que partículas podem ser a sua própria anti-partícula?

Answer 29

Partículas de carga nula.

Question 30

Descreve as interações dos anti-leptões e dos anti-hadrões.

Answer 30

Anti-leptões: não sentem a interação forte.

Anti-hadrões: sofrem as quatro interações.

Question 31

O que é um neutrino de Dirac?

Answer 31

Neutrino e anti-neutrino são partículas diferentes.

Question 32

O que é um neutrino de Majorana?

Answer 32

(necessariamente com massa): neutrino e anti-neutrino são a mesma partícula, podem aniquilar-se!

Question 33

Porque é que ainda não foi observada a aniquilação neutrino neutrino? Que tipo de decaimento é?

Answer 33

Duplo decaimento beta sem emissão de neutrinos. Esta aniquilação é uma violação de uma das leis de conservação do Modelo Standard (nº leptónico).

Question 34

O que é que a Física Nuclear estuda?

Answer 34

Hadrões compostos e núcleos atómicos, a partir dos quais a matéria se estrutura, bem como interação entre quarks (interação forte).

Question 35

O que é um hadrão?

Answer 35

Sistema confinado de quarks (…gluões…).

Question 36

O que compõe um núcleo?

Answer 36

sistema ligado de nucleões, protões e neutrões, (… mesões…).

Question 37

O que compõe um nucleão?

Answer 37

Sistema confinado de quarks.

Question 38

Quando é a QCD muito complexa?

Answer 38

A energias baixas, a teoria ainda não se encontra resolvida.

Question 39

Quais são os graus de liberdade dos hadrões compostos?

Answer 39

Quarks e gluões.

Question 40

O que são bariões?

Answer 40

Hadrões com três quarks (de valência + mar de quarks e gluões).

Question 41

O que são mesões?

Answer 41

Hadrões com um par quark-antiquark (de valência + mar de quarks e gluões).

Question 42

Quais são os graus de liberdade do núcleo?

Answer 42

Nucleões (mais outros hadrões).

Question 43

Quais são os hadrões mais importantes?

Answer 43

Nucleões (bariões) e piões (mesões).

Question 44

O que é o confinamento na física de partículas?

Answer 44

O confinamento é uma propriedades das interacções fortes, que impede que partículas com carga de cor (como gluões e quarks), existam livres na natureza. O nome confinamento vem do facto de todas as partículas com carga de cor, observadas até hoje, se encontrarem apenas no interior de partículas “brancas”, ou seja que são feitas de partículas cujas cargas de cor se anulam.

Question 45

Porque é que é difícil quebrar o confinamento?

Answer 45

Ao contrário de outras forças da natureza, as interações fortes aumentam de intensidade conforme se tenta separar partículas sujeitas a elas. Caso se conseguisse construir um aparelho capaz de separar quarks, por exemplo, a energia necessária para isso seria tão grande, que acabaria, pela equivalência massa-energia, criando outras partículas, que se ligariam umas com as outras, formando uma nova partícula branca. Essencialmente, quarks e gluões não podem ser separados dos hadrões sem formarem novos hadrões.