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Física das Partículas Elementares e de Campos

 

lhc

Exemplo de uma colisão de partículas elementares medida no LHC.

 

O objetivo principal dessa área de pesquisa, também conhecida como Física de Altas Energias, é a compreensão dos constituintes mais fundamentais da natureza, bem como suas interações básicas.

Por constituintes fundamentais denominamos as partículas elementares, que são classificadas em dois tipos: férmions e bósons. Atualmente, são conhecidas como básicas as interações fracas, fortes, eletromagnéticas e gravitacionais. A teoria atual que descreve as interações entre partículas elementares (desconsiderando a gravidade) é o Modelo Padrão. Ele resulta da Teoria Quântica de Campos ao se considerar certas simetrias especiais. Nesse modelo os férmions aparecem em réplicas de uma família composta pelo elétron, neutrino e quarks up e down (constituintes de prótons e nêutrons). Os bósons vetoriais são intermediadores das interações e, ainda, é postulado existir um bóson escalar (bóson de Higgs) para explicar a existência das massas das demais partículas elementares. A existência do bóson de Higgs foi recentemente confirmada pelos experimentos no Large Hadron Collider (LHC), no CERN.

 

STANDARD MODEL OF ELEMENTARY PHYSICS
Partículas Elementares do Modelo Padrão

O trabalho do Físico nesta área pode ser puramente teórico: buscando ferramentas matemáticas para preencher os vazios no conhecimento atual das interações elementares, testando a consistência de novas teorias ou hipóteses como dimensões extras, supersimetria, etc. Também pode ser experimental, incluindo desde a construção e operação de detectores de partículas de todos os tamanhos, até a intepretação dos dados fornecidos por estas máquinas, buscando conectá-los com as várias hipóteses existentes no campo teórico. Em comum, todo físico atuante nesta área precisa ter um sólido conhecimento das teorias fundamentais da física, principalmente a Mecânica Quântica e a Relatividade, e uma grande curiosidade pela compreensão da natureza mais íntima da matéria.

 

Perspectivas de Pesquisa 

A bem-sucedida confirmação experimental do Modelo Padrão auxiliou na formulação de novas questões que impulsionam os temas de pesquisa da área. Dentre algumas dessas questões estão as seguintes:

  • testes de precisão do modelo padrão,
  • a estabilização da escala eletrofraca,
  • a existência de novas simetrias como a supersimetria e grupos de gauge além do Modelo Padrão,
  • mecanismos de quebra de simetria e geração de massa,
  • o problema da massa e da mistura dos neutrinos,
  • o problema da assimetria matéria-antimatéria no universo,
  • a estabilidade do próton,
  • o problema do confinamento dos quarks e o o espectro de massa da QCD em baixas energias,
  • a incorporação de uma componente de matéria escura,
  • a existência de dimensões extras,

e etc.

 

De um ponto de vista mais geral, as motivações para novos desenvolvimentos na Teoria Quântica de Campos não se restringem somente ao escopo da Física de Partículas Elementares. A compreensão da gravitação a nível microscópico motiva reflexões sobre a própria natureza do espaço e do tempo, por exemplo. Entre as novas idéias e desenvolvimentos destacam-se:

  • novas estruturas para o espaço-tempo com uma geometria não comutativa,
  • aspectos além da teoria de perturbação usual,
  • a construção de modelos integráveis,
  • teorias topológicas,
  • teorias efetivas para gravitação quântica,
  • teoria de cordas,

e etc.

CALABI YAU SPACE
Exemplo de espaço de Calabi-Yau, muito estudado atualmente em Teoria de Cordas

 

Há também aplicações na física da matéria condensada como, por exemplo, o efeito Hall quântico e em sistemas de baixa dimensionalidade.

 

Grandes experiências em física realizam-se atualmente, bem como novos experimentos estão previstos para os próximos anos. Além do objetivo de esclarecer as diversas questões da área, esses experimentos têm expressiva potencialidade para levar a novas descobertas. A UFABC conta com representantes na colaboração CMS do CERN, que investiga colisões de altas energias no acelerador LHC, e no observatório de raios cósmicos do Pierre Auger, por exemplo.  Assim, os próximos anos devem continuar com uma intensa atividade, tanto no campo experimental como no campo teórico na área das Partículas Elementares e Campos.

 

Links Interessantes

 


Orientadores do Programa ligados a esta área

 

  • Lauro Tomio
    Sistemas Quânticos de Poucos Corpos, Condensados Atômicos, Reações e Espalhamento em Física Nuclear, Modelos da QCD
  • Roldão da Rocha Junior
    Teorias para a Gravitação
    Teorias de Gauge e Métodos Algébricos e Geométricos em Teoria de Campos
  • Vladislav Kupryianov
    Teoria Quântica de Campos, Quantização por Deformação e Geometria Não Comutativa

     

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