Graduação
  1. Mecânica clássica  1.1. dinâmica  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas dimensões  1.1.3. movimento de projétil  1.1.4. Velocidade relativa  1.1.5. Movimento circular uniforme  1.1.6. Movimento circular não uniforme  1.1.7. Sistemas de referência e transformações  1.2. Leis de Newton do Movimento  1.2.1. Primeira lei do movimento  1.2.2. Segunda lei do movimento  1.2.3. Terceira Lei do Movimento  1.2.4. Aplicações das Leis de Newton  1.2.5. Atrito e seus tipos  1.2.6. Diagrama de Corpo Livre  1.2.7. Restrições e pseudo-forças  1.3. Trabalho e Energia  1.3.1. trabalho realizado pela força  1.3.2. Teorema trabalho–energia  1.3.3. Energia Cinética  1.3.4. Energia potencial na mecânica clássica  1.3.5. Forças conservativas e não conservativas  1.3.6. Conservação de Energia  1.3.7. Potência e eficiência  1.4. Velocidade e colisões  1.4.1. Momento linear  1.4.2. Conservação do Momento  1.4.3. Impulso e força de impacto  1.4.4. Colisão elástica e inelástica  1.4.5. Centro de massa e velocidade  1.4.6. Propulsão de Foguetes  1.5. Movimento rotacional  1.5.1. Torque e Momento Angular  1.5.2. Momento de inércia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energia Rotacional  1.5.5. Movimento de Rolamento  1.5.6. Precessão e movimento giroscópico  1.6. Força gravitacional  1.6.1. Lei da gravitação universal de Newton  1.6.2. Energia potencial gravitacional  1.6.3. Mecânica orbital  1.6.4. Leis do movimento planetário de Kepler  1.6.5. Campo gravitacional e potencial  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Pressão e Princípio de Pascal  1.7.2. Flutuabilidade e o Princípio de Arquimedes  1.7.3. Dinâmica dos Fluidos e Princípio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidade e Lei de Poiseuille  1.7.5. Tensão superficial e capilaridade  1.8. Oscilações e ondas  1.8.1. Movimento Harmônico Simples  1.8.2. Oscilações amortecidas e forçadas  1.8.3. Oscilações acopladas e modos comuns  1.8.4. Propriedades e tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras e o Efeito Doppler  1.8.6. Interferência de ondas e superposição
  2. Eletromagnetismo  2.1. Eletrostática  2.1.1. Carga elétrica e propriedades  2.1.2. Lei de Coulomb  2.1.3. Campo elétrico e potencial elétrico  2.1.4. Lei de Gauss  2.1.5. Capacitância e Dielétrico  2.1.6. Dipolo elétrico e energia potencial  2.2. Circuitos Elétricos  2.2.1. Corrente e Resistência  2.2.2. Lei de Ohm  2.2.3. Leis de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuits de CA e Reatância  2.2.6. Energia e potência elétrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos e Forças Magnéticas  2.3.2. Lei de Ampère  2.3.3. Momento de dipolo magnético  2.3.4. Lei de Biot-Savart  2.3.5. Materiais Magnéticos e Histerese  2.4. Indução eletromagnética  2.4.1. Lei de Faraday  2.4.2. Lei de Lenz  2.4.3. Autoindução e indução mútua  2.4.4. Transformadores e circuitos indutivos  2.5. Equações de Maxwell  2.5.1. Lei de Gauss para eletricidade  2.5.2. Lei de Gauss para o magnetismo  2.5.3. Lei da indução de Faraday  2.5.4. Lei de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas eletromagnéticas
  3. Termodinâmica  3.1. Leis da Termodinâmica  3.1.1. Lei Zero da Termodinâmica  3.1.2. Primeira lei da termodinâmica  3.1.3. Segunda Lei  3.1.4. Terceira Lei  3.2. Calor e trabalho  3.2.1. Transferência de calor (condução, convecção, radiação)  3.2.2. Expansão térmica  3.2.3. Motores térmicos e refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot e eficiência  3.3. Mecânica estatística  3.3.1. Distribuição de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropia e Probabilidade  3.3.3. Função de partição  3.3.4. Estatísticas de Fermi–Dirac e Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexão e Refração  4.1.2. Espelhos e lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. Princípio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferência em óptica de ondas  4.2.2. Difração  4.2.3. Polarização  4.2.4. Coerência e holografia
  5. Mecânica quântica  5.1. Dualidade onda-partícula  5.1.1. Radiação de corpo negro na dualidade onda-partícula em mecânica quântica  5.1.2. Efeito Fotoelétrico  5.1.3. Espalhamento Compton  5.1.4. Comprimento de onda de De Broglie  5.2. Equação de Schrödinger  5.2.1. Equação de Schrödinger independente do tempo  5.2.2. Partícula em uma caixa  5.2.3. Túnel Quântico  5.2.4. Poços e barreiras de potencial  5.3. Estados Quânticos  5.3.1. Função de onda  5.3.2. Operadores quânticos  5.3.3. Princípio da incerteza de Heisenberg  5.3.4. Momento angular e spin
  6. Relatividade  6.1. Relatividade especial  6.1.1. Transformações de Lorentz  6.1.2. Expansão do tempo e contração do comprimento  6.1.3. Energia relativística e momento  6.2. Relatividade Geral  6.2.1. Princípio da Equivalência  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionais  6.2.4. Buracos negros e horizontes de eventos
  7. Física do estado sólido  7.1. Estrutura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difração de raios X  7.1.3. Teoria das bandas  7.1.4. Fónons e vibrações da rede  7.2. Propriedades Elétricas e Magnéticas  7.2.1. Condutores, Semicondutores e Isolantes  7.2.2. Supercondutividade  7.2.3. Efeito Hall
  8. Física nuclear e de partículas  8.1. Estrutura Atômica  8.1.1. Modelo Atômico  8.1.2. Energia de ligação nuclear  8.2. Radioatividade  8.2.1. Decaimento alfa, beta, gama  8.2.2. Meia-vida  8.2.3. Fissão e Fusão Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Padrão  8.3.2. Quarks e Léptons  8.3.3. antimatéria  8.3.4. Interações fundamentais
  9. Astrofísica e cosmologia  9.1. Evolução estelar  9.1.1. Formação estelar  9.1.2. Buracos negros e estrelas de nêutrons  9.1.3. Anãs brancas e supernovas  9.2. Cosmologia  9.2.1. The Big Bang Theory  9.2.2. Matéria escura e energia escura  9.2.3. Fundo cósmico de micro-ondas

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Quarks e Léptons


No mundo da física de partículas, tudo ao nosso redor é composto por partículas fundamentais. Estas são os blocos de construção a partir dos quais os átomos e, consequentemente, toda a matéria são feitos. As categorias mais importantes dessas partículas incluem quarks e léptons.

Compreendendo o básico

Para entender a natureza da matéria, cientistas desenvolveram uma teoria chamada o Modelo Padrão da física de partículas. Ela descreve como as partículas e forças fundamentais interagem.

Quarks e léptons são as duas partículas fundamentais descritas pelo Modelo Padrão. Ambos são considerados partículas elementares, o que significa que não são formados por partículas menores. Vamos dar uma olhada mais profunda no que são essas partículas e por que são tão importantes.

Quarks

Os quarks são as partículas fundamentais que compõem os blocos de construção dos prótons e nêutrons, que você pode encontrar no núcleo de um átomo.

Existem seis tipos (ou "sabores") de quarks:

  • cima (u)
  • baixo (d)
  • estranho (s)
  • charme (c)
  • top (t)
  • bottom (b)

Cada quark tem uma carga elétrica fracionária. Por exemplo, um quark cima tem uma carga de +2/3 e, e um quark baixo tem uma carga de -1/3 e, onde e representa a carga elementar.

Carga do quark:
  Cima: +2/3 e
  Baixo: -1/3 e
  Charme: +2/3 e
  Estranho: -1/3 e
  Top: +2/3 e
  Bottom: -1/3 e

Os quarks se combinam para formar hádrons, sendo os mais estáveis os prótons e nêutrons. Um próton é composto por dois quarks cima e um quark baixo, dando-lhe uma carga líquida de +1 e:

Próton = uud -> (2/3 e + 2/3 e - 1/3 e) = +1 e

O nêutron é composto por um quark cima e dois quarks baixos, dando-lhe uma carga neutra:

Nêutron = udd -> (2/3 e - 1/3 e - 1/3 e) = 0
U U D

Representação visual da estrutura de quarks do próton.

Léptons

Os quarks são os blocos de construção da matéria, enquanto os léptons são partículas fundamentais que não sofrem forças fortes. Em vez disso, os léptons são afetados por forças eletromagnéticas, fracas e gravitacionais.

Existem seis tipos de léptons e eles vêm em pares:

  • Elétron (e) e neutrino do elétron (νe)
  • Múon (μ) e neutrino do múon (νμ)
  • Tau (τ) e neutrino do tau (ντ)

Os léptons carregados (elétron, múon, tau) têm uma carga de -1 e. Os neutrinos são partículas neutras com massas muito pequenas, que interagem apenas via forças fracas.

Os elétrons são os léptons que encontramos todos os dias, pois orbitam os núcleos dos átomos, facilitando ligações químicas e eletricidade.

Carga do lépton:
  Elétron: -1 e
  Múon: -1 e
  Tau: -1 e
  Neutrinos: 0
E νe μ

Uma representação visual de alguns léptons, mostrando o elétron, o neutrino do elétron e o múon.

Partículas mistas

Os quarks se combinam para formar partículas compostas chamadas hádrons. As duas principais categorias são bárions e mésons.

Bárions

Os bárions são feitos de três quarks. Prótons e nêutrons são os bárions mais conhecidos. A disposição dos quarks obedece à regra de que a carga fracional líquida deve ser um número inteiro.

Mésons

Os mésons consistem em um par de um quark e um antiquark. Eles desempenham um papel importante nas forças entre nucleons no núcleo.

Quark Antiquark Méson

Este SVG mostra um quark e um antiquark formando um méson.

Forças e interações

Quarks e léptons interagem por meio das forças fundamentais conhecidas:

  • Força eletromagnética: Afeta partículas carregadas, como elétrons e quarks.
  • Força nuclear fraca: Responsável pelo decaimento radioativo, afeta neutrinos e quarks.
  • Força nuclear forte: Mantém juntos os quarks dentro dos prótons e nêutrons.
  • Força gravitacional: A mais fraca, mas afeta partículas que têm massa.

Cada interação é regida por partículas conhecidas como bósons de troca ou de calibre. Estas incluem o fóton, os bósons W e Z, e o glúon.

Papel dos glúons

Os glúons mediam as forças fortes que ligam os quarks dentro de prótons e nêutrons, coletivamente conhecidos como nucleons. Sem glúons, a estrutura do núcleo de um átomo desmoronaria.

Quark Quark

Uma representação visual dos glúons que facilitam a força forte entre os quarks.

Conclusão

Quarks e léptons são a essência da matéria no universo. Compreender essas partículas e suas interações nos dá uma visão sobre o funcionamento fundamental do universo. O Modelo Padrão, embora não perfeito, fornece uma estrutura robusta para prever e explicar o comportamento das partículas nas menores escalas.

Os quarks, com seus diferentes sabores, se combinam de maneiras interessantes para formar as partículas que vemos. Os léptons, especialmente os elétrons, são importantes para entender a estrutura atômica e as reações químicas.


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