Física das Partículas

Discutindo um pouco sobre a Estrutura Atômica, veio uma intervenção sobre qual são as partículas existentes. Bom, lembrei de alguns, quarks, léptons, pósitrons, etc. Pensando que na Química é pouco discutido essas partículas (bem mais discutidos na Física das Partículas) resolvi trazer um resumo sobre essas partículas. Conto com a colaboração de vocês para preencher, completar e corrigir sobre o assunto.

Vamos lá:

No Modelo padrão, as Partículas elementares são classificadas como quarks, léptons e bósons mediadores.

Bósons partículas de spin inteiro. Os bóson mediadores promovem as interações entre as partículas. Um dos bósons mediadores é o glúon, e ele age como uma espécie de cola. São os glúons que unem os quarks up e down para formar os prótons e os nêutrons e, consequentemente, a matéria.

Férmions são partículas de spin semi-inteiro

Os bósons são partículas que intermediam forças, como o fóton (intermediador da força eletromagnética) e os gluons (intermediadores da força forte).

Os férmions são classificados em quarks e léptons

Quark, em física de partículas, é um dos dois elementos básicos que constituem a matéria (o outro é o lépton) e é a única, dentre as partículas, que interage através de todas as quatro forças fundamentais. Os quarks são partículas que interagem através da força forte.

Estas são partículas fundamentais da natureza que estão no núcleo do átomo. Acreditamos hoje que os quarks são a unidade estrutural mais fundamental a partir da qual todas as partículas nucleares se formam.

Os quarks ocorrem em seis tipos na natureza: "top", "bottom", "charm", "strange", "up" e "down". Os dois últimos formam os prótons e nêutrons, enquanto os quatro primeiros são formados em hádrons instáveis em aceleradores de partículas. O quark up e o down são os que formam os prótons e nêutrons

• O próton é uma trinca de quarks, formado por dois quarks "up" e um quark "down". Dizemos então que o próton tem a estrutura uud.
• O nêutron é formado por dois quarks "down" e um quark "up". Por isso que há uma pequena diferença de massa entre o próton e o nêutron.

Três quarks podem se unir, através da força forte, para formar outras partículas, essas são chamadas de bárions (os prótons e o nêutron são bárions).

Os hádrons são partículas pesadas formadas por quarks e que são estáveis graças à força forte, os barions são tipo de hadrons.

Léptons é uma partícula subatômica que não interage fortemente. O elétron é um exemplo de lépton.

Todos os mésons e bárions são formados por quarks embora de modos diferentes. Mésons e bárions são hádrons

Bárions: é a classe de partículas subatômicas na qual os prótons e nêutrons estão incluídos. Os bárions são formados por três quarks e constituem o núcleo atômico, juntamente com os mésons. Nós, formados por prótons e nêutrons, somos feitos de matéria bariônica.

Anti-partículas

Além das partículas elementares existem as anti-particulas. Basicamente, cada partícula tem uma anti-partícula correspondente, com características iguais, mas carga elétrica oposta. O pósitron é a anti-partícula do elétron.

Na natureza só existem 4 tipos de forças:

1. a nuclear forte;
2. nuclear fraca;
3. eletromagnética;
4. gravitacional.

Cada uma dessas possui uma partícula (um bóson) que serve para transmitir essa força.

No caso da eletromagnética, o fóton, no caso da nuclear forte, os glúons, nuclear fraca os bósons W, no caso da gravitacional o gráviton (esse ultimo ainda não foi observado experimentalmente, por isso é uma partícula hipotética).

Resumindo:

Pósitrons: Elétrons com carga positiva (antimatéria).

Léptons: Partículas leves: Elétrons e neutrinos.

Quarks: Constituintes dos prótons e nêutrons.

Glúons: Partículas que ligam os quarks entre si.

Hádrons: Partículas pesadas: são partículas que estão no interior do núcleo atômico.

Antiquarks: Antimatéria dos quarks: Consituintes dos mésons.

Bárions: Prótons e nêutrons.

Nucleons: prótons e nêutrons

Mésons: Partículas constituintes de um quark e um antiquark. Os mésons pi ligam prótons e nêutrons entre si nos núcleos atômicos.

Bom, sei que está resumido mas acredito que tenha contribuído.

Sugestões, serão sempre bem recebidas.

O que é a Química?

Inicio de ano, volta as aulas, aulas de Química... Uma pergunta torna-se retórica:

"O que é a Química?"

Talvez seja a pergunta mais comum numa aula de Química. Uma das definições do dicionário é: "Uma ciência que se estuda a estrutura das substâncias, correlacionando-a com as propriedades macroscópicas, e se investigam as transformações destas substâncias".

Já na Internet encontramos outras definições:

• "Química (do egípcio kēme (chem), significando "terra") é a ciência que trata das substâncias da natureza, dos elementos que a constituem, de suas características, propriedades combinatórias, processos de obtenção, suas aplicações e sua identificação. Estuda a maneira pela qual os elementos se ligam e reagem entre si, bem como a energia desprendida ou absorvida durante estas transformações."
• "Ciência que estuda a estrutura das substâncias, suas propriedades e os elementos que as constituem."

Quando uma folha de árvore é exposta à luz do sol o processo da fotossíntese é iniciado, neste momento a química está ocorrendo. Quando o nosso cérebro processa milhões de informações para comandar nossos movimentos, nossas emoções ou nossas ações, a química está ocorrendo. A química está presente em todos os seres vivos. O corpo humano, por exemplo, é uma grande usina química. Reações químicas ocorrem a cada segundo para que o ser humano possa continuar vivo. Quando não há mais química, não há mais vida. A química é vida.

Química e Ciência: A química está na base do desenvolvimento econômico e tecnológico. Química da água: A água é a substância mais abundante em nosso planeta. Ela cobre três quartos da superfície da terra. Mas apenas uma pequena parte desse volume é potável e está próxima aos centros urbanos. Sem a química, seria impossível assegurar à população o abastecimento de água. É através de processos químicos que a água imprópria ao consumo é transformada em água pura, límpida, sem contaminantes. A química nos alimenta, a química está presente em todos os medicamentos modernos. A química nos acompanha 24 horas por dia. Ela está presente em todos os produtos que utilizamos no dia-a-dia. Do sofisticado computador à singela caneta esferográfica, do possante automóvel ao carrinho de brinquedo, não há produto que não utilize matérias-primas provindas da química.

Podemos levar em consideração em dizer que a Química é uma Ciência que ocupa uma posição central, pois ela é fundamental para todas as áreas do conhecimento. A química está ligada a biologia (biologia celular, anatomia, microbiologia, entre outros), ciências ambientais (poluição e ecologia), medicina (farmacologia), ciências da saúde (nutrição) e física (mecânica quântica, física nuclear). Podemos ainda destacar com a História e filosofia (História da química, Alquimia), além da relação direta com a matemática.

Todos nós utilizamos a Química. Os médicos devem conhecer Química para saber a composição das substâncias usadas como medicamentos e avaliar sua ação no organismo humano, os agricultores usam a Química para corrigir a acidez do solo e na escolha do melhor fertilizante a ser adotado e da quantidade necessária a ser empregada, os cozinheiros utilizam a Química (mesmo sem saber) no controle das mudanças que ocorrem na preparação dos alimentos. Observando nosso redor vemos que os mais diferentes materiais, como madeira, água, metais, plásticos, gás oxigênio e tantos outros vem da Química. Os engenheiros também fazem uso da Química quando escolhem materiais para produzir equipamentos ou para fazer uma construção e na fabricação de produtos alimentícios, os perfumistas devem conhecer os fixadores, os solventes e as essências que usam na preparação dos perfumes.

A Química é uma ciência experimental.

A Química é uma ciência central.

Quasicristal???

Um Quase Cristal em nossas mentes pode soar como um elemento químico que é parecido com um cristal porém não tem características de um. Porém um Quasicristal é um sólido cujos componentes apresentam uma ordem de longo alcance, mas sem um padrão único ou uma unidade celular que se repete. Sem a "chatice" dos cristais, diria Schrödinger, talvez a meio caminho dos cristais aperiódicos que ele propôs.

Estudos que elevam o papel da entropia na criação de ordem - assunto extensamente discutido por Schrödinger, embora num enfoque diferente - revelaram que certos formatos de pirâmide podem se organizar espontaneamente em quasicristais complexos.

Este é o primeiro experimento que demonstra uma auto-organização de partículas duras, não-biológicas, sem ajuda de interações atrativas, como ligações químicas. [Imagem: Haji-Akbari et al./Nature]

Entropia é uma medida do número de maneiras que os componentes de um sistema podem ser organizados. Embora comumente ligada à desordem, a entropia também pode causar a ordem, fazendo os objetos se organizarem. Estudos se concentraram em uma pirâmide tetraédrica, um poliedro triangular tridimensional de quatro faces, tentando descobrir qual era a maior quantidade possível de pirâmides que se conseguiam empacotar num determinado espaço. Nas simulações feitas em computador, os tetraedros se organizaram espontaneamente em um quasicristal e assumiram posições que, quando comprimidas, ocuparam até 83% do espaço. Os tetraedros são os sólidos regulares mais simples que existem, enquanto os quasicristais estão entre as estruturas mais complexas e belas produzidas pela natureza. É surpreendente e totalmente inesperado que a entropia sozinha possa produzir esse nível de complexidade. Um quasicristal terá propriedades diferentes de um cristal ou de um sólido comum. A descoberta pode levar ao desenvolvimento de uma grande variedade de novos materiais, com propriedades derivadas da sua estrutura.

Sabemos que a entropia por si própria podia produzir a ordem, mas não que ela produzisse uma ordem tão intrincada. O que mais poderia ser possível apenas devido à entropia? A vida, por exemplo? Quiséramos que Schrodinger estivesse vivo para dar um palpite.

A descoberta mais importante, muito além do empacotamento de figuras geométricas, é que os tetraedros inesperadamente podem auto-organizar-se em quasicristais complicados num determinado estágio da simulação em computador.

Construído com os materiais corretos, este inesperado quasicristal tetraédrico poderá ter propriedades ópticas únicas que poderiam ser muito interessantes e úteis. Os possíveis usos incluem tecnologias de comunicação, óptica, invisibilidade e praticamente toda a área hoje coberta pelos metamateriais (saiba mais). Sem contar o interesse teórico e filosófico sobre as atuais explicações sobre a vida, principalmente fundamentadas nas teorias de auto-organização. Eventualmente um prosseguimento das inspiradoras especulações de Schrödinger e de seu "cristal aperiódico," um vislumbre profético do gene, que somente seria descoberto anos mais tarde. Se não chega a ser a "entropia negativa" proposta pelo famoso físico, os estudos mais uma vez demonstram que a natureza pode ser bem mais complexa do que imaginamos. E, sobretudo, detém mecanismos de construção com os quais ainda nem sonhamos.

Referências

Disordered, quasicrystalline and crystalline phases of densely packed tetrahedra
Amir Haji-Akbari, Michael Engel, Aaron S. Keys, Xiaoyu Zheng, Rolfe G. Petschek, Peter Palffy-Muhoray, Sharon C. Glotzer
December 2009
Vol.: 462, 773-777
DOI: 10.1038/nature08641