Pós-graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. Cinemática Avançada  1.1.1. Generalized coordinate systems  1.1.2. Equações paramétricas de movimento  1.1.3. Referenciais não inerciais e forças fictícias  1.1.4. Formulação covariante do momento  1.1.5. Variável ação-ângulo  1.2. Mecânica Lagrangiana e Hamiltoniana  1.2.1. Princípio da ação mínima  1.2.2. Equações de Euler-Lagrange  1.2.3. Teorema de Noether e leis de conservação  1.2.4. Velocidade Normalizada  1.2.5. Conversão canônica  1.2.6. Bracket de Poisson e teoria de Hamilton-Jacobi  1.2.7. Caos Hamiltoniano e Integrabilidade  1.3. Mobilidade de corpo rígido  1.3.1. Euler's equations of motion  1.3.2. Momentos principais de inércia  1.3.3. Movimento giroscópico e precessão  1.3.4. Tensor de inércia  1.3.5. Estabilidade da velocidade rotacional  1.4. Dinâmica não linear e caos  1.4.1. Análise de espaço de fase e estabilidade  1.4.2. Seções de Poincaré e teoria de bifurcação  1.4.3. Atractores Estranhos e Fractais  1.4.4. Expoente de Lyapunov  1.4.5. KAM theorem and quasi-periodic motion
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrodinâmica Avançada  2.1.1. Função de Green e teoria do potencial  2.1.2. Expansão multipolar  2.1.3. Método de carga de imagem  2.1.4. Condições de contorno e teorema de unicidade  2.2. Propagação de ondas eletromagnéticas  2.2.1. Ondas planas em dielétricos e condutores  2.2.2. Waveguides and cavity resonators  2.2.3. Radiation pressure and optical tweezers  2.2.4. Polarização e cálculo de Jones  2.3. Eletrodinâmica relativística  2.3.1. Formulação covariante da eletrodinâmica  2.3.2. Potenciais de Liénard–Wiechert  2.3.3. Radiação de síncrotron e bremsstrahlung  2.3.4. Tensor de campo eletromagnético e transformações de Lorentz  2.4. Física de plasma  2.4.1. Magnetohidrodinâmica  2.4.2. Blindagem de Debye e oscilações do plasma  2.4.3. Ondas de Alfvén e confinamento em tokamak  2.4.4. Instabilidades de plasma e turbulência
  3. Mecânica estatística e termodinâmica  3.1. Termodinâmica Avançada  3.1.1. Transformadas de Legendre e potenciais termodinâmicos  3.1.2. Teorema da Flutuação–Dissipação  3.1.3. Relações interpessoais de Onsager  3.1.4. Critical events and phase transitions  3.2. Mecânica estatística quântica  3.2.1. Teoria de Matriz Densidade e Conjuntos  3.2.2. Condensados de Bose–Einstein  3.2.3. Transição de fase quântica  3.2.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein  3.2.5. Funções de partição e ensembles grand canônicos
  4. Mecânica quântica  4.1. Mecânica de ondas avançada  4.1.1. Aproximação WKB  4.1.2. Formulação de integrais de caminho  4.1.3. Oscilador harmônico quântico e estados coerentes  4.2. Momento angular e spin  4.2.1. Spherical Harmonics  4.2.2. Coeficiente de Clebsch–Gordan  4.2.3. Teorema de Wigner–Eckart  4.2.4. Acoplamento spin-órbita  4.3. Teoria do espalhamento quântico  4.3.1. Born approximation  4.3.2. Análise de onda parcial  4.3.3. Teorema Óptico  4.3.4. S-matrix theory  4.4. Quantum field theory  4.4.1. Segunda Quantização  4.4.2. Diagramas de Feynman e propagadores  4.4.3. Teoria da Renormalização  4.4.4. Gauge theory and Yang–Mills fields  4.4.5. Quebra espontânea de simetria e o mecanismo de Higgs
  5. Relatividade geral e cosmologia  5.1. Cálculo tensorial e geometria diferencial  5.1.1. Equações de campo de Einstein  5.1.2. Métricas de Schwarzschild e Kerr  5.1.3. Geodésicas e símbolos de Christoffel  5.2. Cosmologia e o Universo  5.2.1. A métrica FLRW e a inflação cósmica  5.2.2. Energia escura e formação de estruturas  5.2.3. Radiação cósmica de fundo em micro-ondas
  6. Física da matéria condensada  6.1. Estrutura de bandas e teoria do transporte  6.1.1. Teorema de Bloch e o modelo de Kronig–Penney  6.1.2. Topologia da superfície de Fermi  6.1.3. Efeito Hall Quântico  6.2. Supercondutividade  6.2.1. Teoria BCS e pares de Cooper  6.2.2. Efeito Meissner e quantização de fluxo  6.2.3. The Josephson Effect and SQUIDs  6.3. Fases topológicas da matéria  6.3.1. Isolantes Topológicos  6.3.2. Fermions de Majorana em fases topológicas da matéria
  7. Física Nuclear e de Partículas  7.1. Cromodinâmica Quântica (QCD)  7.1.1. Plasma de quarks e glúons  7.1.2. Liberdade Assintótica  7.1.3. Confinamento e hadronização  7.2. Além do Modelo Padrão  7.2.1. Teorias de Grande Unificação  7.2.2. Supersimetria e dimensões extras  7.2.3. Oscilações de neutrinos

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Plasma de quarks e glúons


A cromodinâmica quântica (QCD) é a teoria que descreve a interação forte, uma força fundamental que descreve as interações entre quarks e glúons. Quarks são as partículas fundamentais que se agrupam para formar prótons e nêutrons, enquanto glúons são os mediadores da força que mantém os quarks unidos dentro de prótons, nêutrons e outros hádrons.

Um estado fascinante da matéria relacionado à QCD é o plasma de quarks e glúons (QGP). O plasma de quarks e glúons é um estado no qual quarks e glúons, que normalmente estão confinados dentro de hádrons, se movem livremente em um meio térmico de alta densidade de energia e temperatura. Compreender este estado ajuda os físicos a explorar os momentos iniciais do universo após o Big Bang, quando condições semelhantes existiam.

Vamos examinar mais profundamente o conceito de plasma de quarks e glúons, aprender como ele surge, qual é seu significado e o que ele nos ensina sobre o universo e a matéria.

Criação do plasma de quarks e glúons

Em condições normais, quarks estão confinados dentro dos hádrons devido a uma propriedade chamada "confinamento de cor". No entanto, em temperaturas e densidades de energia extremamente altas, como em colisões de íons pesados, os quarks e glúons não estão mais confinados e formam um plasma. Esta situação é descrita pela teoria da QCD em que os graus de liberdade de cor se tornam assimptoticamente livres, um fenômeno chamado "liberdade assintótica".

Para visualizar o plasma de quarks e glúons, considere como a matéria muda entre os estados sólido, líquido e gasoso sob temperatura crescente:

Sólido → Líquido → Gás → Plasma

No campo das partículas:

hádrons → plasma de quarks e glúons

Essa transição para o plasma de quarks e glúons envolve alcançar temperaturas superiores a dois trilhões de Kelvin, que é muito mais alta do que qualquer temperatura encontrada na natureza, exceto no início do universo.

Criação experimental do plasma de quarks e glúons

O plasma de quarks e glúons é testado em laboratórios usando colisões de íons pesados. Instalações como o Large Hadron Collider (LHC) no CERN, na Suíça, e o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) no Brookhaven National Laboratory nos EUA colidem íons pesados como ouro ou chumbo a quase a velocidade da luz para recriar essas condições extremas.

Aqui está uma ilustração simplificada de como ocorrem as colisões de íons pesados:

  Íon de Ouro → ← Íon de Ouro
  _Confronto_/
     _Criação de plasma de quarks e glúons_/

Quando essas colisões ocorrem, a energia cinética é convertida em calor, criando uma pequena bola de fogo na qual os quarks e glúons existem independentemente por apenas uma fração de segundo, após o qual eles esfriam e se recompõem em partículas detectáveis pelo colisor.

Importância do plasma de quarks e glúons

O estudo do plasma de quarks e glúons fornece informações sobre:

  • Condições do universo primitivo: Ao recriar as condições extremas de temperatura e densidade que ocorreram apenas alguns microssegundos após o Big Bang, os físicos podem estudar as propriedades e a evolução do universo primitivo.
  • Compreensão da força forte: Estudar como quarks e glúons se comportam quando não estão confinados nos hádrons dá aos cientistas insights sobre a natureza da força forte e do confinamento.
  • Transições de fase: Compreender a transição da matéria hadrônica para o plasma de quarks e glúons e vice-versa aumenta nosso conhecimento sobre transições de fase relacionadas à QCD.

Características do plasma de quarks e glúons

O QGP exibe várias propriedades únicas:

  • Fluidez perfeita: Apesar de ser composto por quarks e glúons livres, o plasma de quarks e glúons se comporta como um fluido quase perfeito, com viscosidade extremamente baixa.
  • Fluxo de massa: O plasma produzido exibe fluxo anisotrópico, que forma padrões semelhantes aos vistos na dinâmica de fluidos.
  • Supressão de jatos: As partículas de alta energia produzidas na colisão, chamadas jatos, perdem sua energia ao passar pelo QGP, o que pode ser observado como supressão de jatos.

A equação que descreve a relação entre pressão (P), densidade de energia ((epsilon)) e temperatura (T) no QGP pode ser expressa como:

P = c_s^2 times epsilon

onde c_s é a velocidade do som no plasma de quarks e glúons, e (c_s approx 1/sqrt{3}).

Visualizações e exemplos

Aqui está uma ilustração simplificada de como quarks e glúons se movem dentro do QGP:

  ,
  |Q | |Q' | |G |
   g | g | q' | → movimento livre
    +--+ +--+ +--+ com glúons
  Quark de hádron plasma de quarks e glúons

Quarks em hádrons estão fortemente ligados aos glúons e trocam forças. No QGP, eles são livres para se moverem sem qualquer ligação.

Conclusão

O estudo do plasma de quarks e glúons é um componente crucial da física moderna e da cosmologia. Explorar o QGP ajuda os cientistas a recriar as condições do Big Bang e a compreender melhor o comportamento da matéria nas menores escalas. Com experimentos em andamento em colisores ao redor do mundo, a busca por compreender o QGP continua, prometendo maiores insights sobre questões profundas sobre o início do universo e as forças que governam as partículas subatômicas.


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