![Nebulosa Carina](<img src="https://2.bp.blogspot.com/-VN2kWtz4nF4/U7oHzfNkTiI/AAAAAAAAQYc/uCsFsPyoRxQ/s1600/ceu+10155641_651524224919255_6468291284803831739_n.jpg" /></div>)
continuação de 3.Império Inflacionário
- 4. Império Das Forças
Da Natureza
Ocorre anterior a 10-43 segundos
após o Big bang
a partir de uma temperatura de 1032 graus Kelvin
As Forças fundamentais da Natureza são quatro:
- Força eletromagnética ocorre anterior ao 10-43s
- Força Gravitacional ocorre aos 10-43s
- Força Forte ocorre aos 10-35s
- Força Fraca ocorre aos 10-12s
e suas partículas mediadoras são:
As forças eletromagnética e Força gravitacional são forças de longo alcance, com intensidades inversamente proporcionais ao quadrado da distância.
As forças forte e fraca são forças nucleares pois atuam em escalas subatômicas, ou seja, apenas dentro do núcleo atômico e na sua vizinhança imediata.
As interações nucleares forte e fraca possuem alcance de distâncias extremamente curtas, o alcance da força forte é da ordem de 10-13 centímetros, enquanto que o alcance da força fraca é de cerca de 10-12 centímetros.
Intensidade das interações
das quatro forças da natureza
Alcance das interações
das quatro forças da natureza
- Força Eletromagnética
ocorre anterior ao 10-43segundos
Após Big Bang
A Força Eletromagnética é um tipo de interação que envolve diretamente as partículas elementares Prótons e Elétrons, e portanto
de uma maneira ou de outra, esta interação atinge todas as outras partículas conhecidas, pois atua sobre qualquer partícula com carga elétrica. Sua partícula mediadora é o fóton e por isso se descreve a luz como partículas indivisíveis.
Qualquer objeto ou corpo com carga elétrica emite e absorve luz, portanto os fótons são responsáveis pela emissão da força Eletromagnética, essa constatação nos permite afirmar que, a força eletromagnética entre dois corpos, não é transmitida instantaneamente e sim na velocidade da luz.
É importante salientarmos que no nível quântico, atômico, nós, as montanhas, o universo enfim em tudo que existe, predomina a interação eletromagnética, e a interação entre todos estes corpos, ocorre em função da força eletromagnética, inclusive todos os nossos sentidos como visão, audição, olfato, paladar, tato são eletromagnéticos, mas é importante destacarmos que de uma forma ou de outra, essa interação atinge todas as partículas conhecidas, com exceção dos
Neutrinos
os Glúons,
dos Bóson Z0
e do Gravitón.
O Mundo é Eletromagnético!
As forças eletromagnéticas interferem portanto nas relações intermoleculares entre nós e quaisquer outros objetos, podendo assim incluir fenômenos químicos e biológicos como consequência do eletromagnetismo, cabendo sempre ressaltar que conforme a eletrodinâmica quântica, a força eletromagnética é resultado da interação de cargas elétricas tendo os fótons como mediadores.
No entanto quando consideramos dois planetas ou um planeta e uma estrela por exemplo, a força eletromagnética pode ser relevante por eventuais troca de calor por meio de radiação, mas a interação predominante é a gravitacional.
Magnetismo
Magnetismo é o poder da atração do ferro magnético, e a capacidade que ele possui de se orientar de norte a sul, capacidade essa que chamamos de poder indutor.
O campo elétrico é formado por cargas elétricas, tais como eletróns prótons e íons. As cargas elétricas são responsáveis pelas interações eletro magnéticas e estão sujeitos a uma força chamada força elétrica.
A direção das linhas do campo magnético do ímã, demonstradas pelo alinhamento da limalha de ferro colocado sob o mesmo.
A alta permeabilidade magnética das limalhas individuais, fazem com que o campo magnético seja maior nas pontas delas. Isto faz com que as limalhas individuais atraiam umas às outras, formando grupos alongados que desenham linhas. Não se espera que estas linhas sejam linhas de campo precisas para este magneto, mais ainda, a magnetização do próprio ferro deve alterar o campo magnético.
Eletromagnetismo
Bobina caseira de Tesla
A Bobina de Tesla foi desenvolvida por Nikola Tesla (1856 - 1943), físico Croata de ascendência sérvia, que em 1899, utilizando uma bobina de 12 milhões de volts produziu, em Colorado Spring, descargas elétricas com 38 metros de extensão, entre dois eletrodos colocados a uma altura de 61 metros do solo. Diz a história que uma sobrecarga devido a potência utilizada acabou botando fogo na companhia elétrica da cidade.A Bobina de Testa é na verdade um transformador, que produz tensões elevadas sob altas frequências.
Eletromagnetismoé o ramo da física que estuda a relação entre as forças da eletricidade e a força do magnetismo como um fenômeno único, porque todo campo elétrico gera um campo magnético, da mesma forma que, fazendo uma analogia com o fogo que sempre
gera um campo de calor ..............................
... a Eletricidade sempre gera um Campo Magnético.
Quaisquer outras forças provêm necessariamente dessas quatro forças fundamentais. A força eletromagnética tem a ver com praticamente todos os fenômenos físicos que se encontram no cotidiano, com exceção da gravidade.
- Força Gravitacional
Força de longo alcance
ocorre aos 10-43segundos
Após Big Bang
Isaac Newton ao estudar o movimento da Lua, concluiu que a força que faz com que ela esteja constantemente em órbita é do mesmo tipo que a força que a Terra exerce sobre um corpo em suas proximidades. A partir daí criou a Lei da Gravitação Universal.
As marés são movimentos oceânicos que ocorrem graças à atração gravitacional do Sol e da Lua sobre a água dos mares. Quando a água do mar está mais próxima da Lua, aquela é atraída por esta com uma força de maior intensidade do que nos demais pontos. Enquanto isso, na parte oposta da Terra, a água tende a afastar-se. Consequentemente, nos pontos intermediários, o nível do mar abaixa e ocorre a maré baixa.
Gravitação é a força de atração que existe entre todas as partículas com massa no universo. A gravitação é responsável por prender objetos à superfície de planetas e, de acordo com as leis do movimento de Newton, é responsável por manter objetos em órbita em torno uns dos outros. A Força da Gravidade é uma Força de longa distancia e sua fórmula de cálculo é dada pela Lei de Gravitação Universal de Newton.
onde:
F = força gravitacional entre dois objetos
m1 = massa do primeiro objeto
m2 = massa do segundo objeto
r = distância entre os centros de massa dos objetos
- Força Nuclear Forte ou Hadrônica
ocorre aos 10-35segundos
após Big Bang
A Física Hadrônica permeia o cruzamento entre a Física Nuclear e a Física de Partículas é uma área interdisciplinar, cujo objetivo é o estudo das interações fortes quer no vácuo, quer nas temperaturas e densidades elevadas.
Força Forte é a interação entre quarks e glúons descrita pela cromodinamica quântica. Antigamente era entendida como a força nuclear que ocorria entre prótons e nêutrons, até então considerados indivisíveis.
O espaço é preenchido por uma mistura de partículas quânticas e subatômicas quarks, elétrons, neutrinos e suas partículas, que se movem em todos os sentidos com velocidades próximas à da luz.
Grande Colisor de Hádrons
Acelerador LHC
Bóson de Higgs
Partícula de Deus
é a partícula que dá massa à matéria
A Força Forte é a força que mantém o núcleo atômico coeso. O foco principal da Física Hadrônica reside no estudo e na síntese dos menores constituintes da matéria, os quarks e os glúons puntiformes. Um ponto importante na Física Hadrônica é o entendimento da dinâmica do confinamento de quarks. Esta dinâmica é muito especial, porque também envolve a criação de massa. A massa hadrônica é gerada de forma dinâmica, principalmente pela interação dos quarks dentro do hadrom e pela auto-interação dos glúons.
A força nuclear forte é uma das quatro forças fundamentais da natureza, e também a mais forte, embora tenha um curtíssimo raio de ação de aproximadamente 10-13centímetros.
A Força Forte é a interação entre quarks e glúons descrita pela Cromodinamica e antigamente entendida como Força Nuclear, que ocorria entre prótons e nêutrons, até então considerados indivisíveis.
O trabalho pioneiro sobre as forças fortes foi realizado pelo físico japonês Yukawa em 1935, mas até meados da década de 1970 não havia uma teoria capaz de explicar os fenômenos nucleares. Foi então que surgiu a cromodinamica quântica explicando fenômenos que ocorrem no interior do núcleo atômico. As outras forças fundamentais são força nuclear fraca, força eletromagnética e a força gravitacional.
Antes da década de 1970, os físicos estavam incertos acerca do mecanismo de ligação do núcleo atômico. Era claro que ele era formado por prótons e nêutrons, e que o próton tinha carga elétrica e o nêutron era eletricamente neutro. Pela compreensão física da época, os prótons deveriam se repelir e fazer o átomo decair rapidamente, mas isso não acontecia, era necessária uma nova teoria da física.
A Força Forte foi postulada para explicar como o núcleo atômico continua unido apesar da mútua repulsão eletromagnética dos prótons. Essa era a hipótese da Força Forte, uma força fundamental que atuava nos nucleons (os prótons e nêutrons). Experimentos mostram que isso força os núcleons a ficarem juntos mesmo com a repulsão eletromagnética dos prótons (a Força Forte é cem vezes mais forte que a eletromagnética).
Então foi descoberto que os prótons e nêutrons não eram as partículas fundamentais, e que eram formados de quarks, e que a atração entre nucléons era efeito colateral do que ocorria dentro deles, fazendo os quarks ficarem unidos. A teoria da cromodinâmica quântica, e que os quarks transportavam o que era chamado carga de cor, embora não tenha nenhuma relação com a luz visível, quarks com cor diferentes se atraem como resultado da forte interação que é mediada por partículas chamadas de glúons.
Calcula-se que, dentro do núcleo, a proporção entre as forças nucleares, elétricas e gravitacionais seja de 1:10-3 : 10-39, respectivamente.
Os quarks e glúons são as únicas partículas que não têm o desaparecimento da carga e cor, podendo então participarem da forte interação, sendo que esta atua diretamente nestes.
A força forte, ao contrário das outras forças fundamentais da natureza (eletromagnética, fraca e gravidade), não fica menos poderosa com a distancia de seu alcance, que é do tamanho de um hádron, a sua força de atuação é de cerca de 10.000 N, isto é chamado confinamento da cor, mas implica que somente hádrons e não quarks individuais podem ser observados. A explicação é que a quantidade de trabalho realizado contra uma força de 10.000 newtons (sobre o peso de uma tonelada métrica de massa sobre a superfície da Terra) é o suficiente para criar novas partículas pelo choque entre elas. Em termos simples a própria energia aplicada para puxar dois quarks separados irá gerar um novo par de quarks. O fracasso em observar quarks livres é uma evidência desse fenômeno.
Átomos são extremamente pequenos e compostos de partículas menores ainda, como prótons e elétrons, que por sua vez são constituídos de partículas ainda menores, tão pequenas que em seu “mundo” prevalece a Mecânica Quântica – proposta no começo do século 20 e é nessa escala subatômica, que as partículas podem se comportar como ondas, e podem também, estar em mais de um lugar ao mesmo tempo. O que prevalece são conceitos curiosos como “Emaranhamento” que é um dos fenômenos mais conhecidos da Mecânica Quântica, no qual duas partículas mesmo quando separadas por uma enorme distância são afetadas mutuamente, ou seja, se uma se move a outra se move na mesma direção. O conceito perturbou o próprio Albert Einstein, que o chamou de “assombrosa ação a distância”. O emaranhamento já foi induzido em experimentos e cientistas esperam algum dia, poder aproveitá-lo para criar computadores supervelozes.
Outro comportamento curioso é o "Princípio da Incerteza" onde o simples fato de observá-las, ou a simples medição da partícula altera seu comportamento, pelo simples fato do mundo quântico não ser “concreto” e sim baseado em probabilidades, onde uma simples medição do estado de uma partícula já a altera.
Gato de Schrödinger
O Gato de Schrödinger: Um gato, junto com um frasco contendo veneno, é posto em uma caixa lacrada protegida contra incoerência quântica induzida pelo ambiente. Se um contador Geiger detectar radiação, o frasco é quebrado liberando o veneno que mata o gato. A mecânica quântica sugere que, depois de algum tempo, o gato estará simultaneamente vivo e morto, pois enquanto não se olha para dentro da caixa, o gato encontra-se numa situação de "vivomorto".
- Força Nuclear Fraca
ocorre aos 10-12segundos
após Big Bang
Força Nuclear Fraca é a Força desenvolvida entre os léptons e os hadrons, sendo também responsável pela emissão de elétrons no decaimento beta em algumas substâncias radioativas.
No interior do núcleo atômico ocorrem fenômenos relacionados à estabilidade nuclear, como a radioatividade e o decaimento de partículas nucleares, que não podem ser explicados sem que postulemos a existência da interação da força nuclear fraca.
A Força nuclear Fraca tem características bastante diferentes da força nuclear forte. A força fraca é chamada “fraca” por ser normalmente várias ordens de grandeza menor que a força forte.
A Força Fraca é a força que cinde, afasta, separa, quebra ligações e decaimento radioativo que no caso do decaimento Beta é mediado pelos Bósons W e Z
Na física, a teoria eletrofraca apresenta uma descrição unificada de duas das quatro forças fundamentais da natureza: eletromagnetismo e a força nuclear fraca. Embora estas duas forças apareçam muito diferente às energias baixas do dia a dia, a teoria modela-as como dois diferentes aspectos de uma mesma força. Acima da energia de unificação, na ordem de 10² GeV, elas convergem dentro de uma simples força eletrofraca.
Os bósons gauge são correspondentes aos do fóton para o eletromagnetismo e bósons W e Z da força fraca. No Modelo Padrão, os bósons gauge fraco obtêm sua massa de uma quebra espontânea de simetria da simetria eletrofraca causada pelo mecanismo de Higgs.
o mecanismo de Higgs é essencial para explicar o mecanismo de geração de massa dos bósons de gauge. Sem o mecanismo de Higgs, ou algum outro mecanismo semelhante, todos os bósons não teriam massa, mas medidas experimentais mostram que W+, W−, e bósons Z apresentam massas relativamente grandes, em torno de 80 GeV/c2. O campo de Higgs resolve esse problema. A descrição mais simples do mecanismo adiciona ao Modelo Padrão um campo quântico (o campo de Higgs) que permeia todo o espaço. Abaixo de uma temperatura extremamente alta, o campo sofre quebra espontânea de simetria durante interações. A quebra da simetria desencadeia o mecanismo de Higgs, fazendo com que os bósons interajam e adquiram massa.
No Modelo Padrão, a temperaturas altas o suficiente para não quebrar a simetria eletrofraca, todas as partículas elementares não apresentam massa. Em uma certa temperatura crítica o campo de Higgs torna-se instavel, a simetria é espontaneamente quebrada por condensação, e os bósons W e Z adquirem massas Férmions, tais como léptons e quarks do Modelo Padrão, também podem adquirir massa como resultado de suas interações com o campo do Higgs, mas o mecanismo não é igual ao que ocorre na aquisição da massa dos bósons de gauge.
Neste diagrama de Feynman, da esquerda para a direita, um elétron e um pósitron se anulam produzindo um fóton virtual que se transforma num par quark-antiquark, depois um deles radia um /gluón.
O Decaimento radioativo ocorre da instabilidade nuclear, quando certos átomos contém muito ou poucos nêutrons em relação aos prótons.
Decaimento Beta processo no qual um núcleo radioativo cospe um elétron (a beta) e vira núcleo de outro elemento.
Esse processo consiste no "decaimento" de um nêutron que resolve virar próton. Para isso, o nêutron emite uma carga negativa, a partícula beta. Do ponto de vista do balanço de massas e cargas, a reação pode ser escrita como:
Processo geral da desintegração: um nêutron dá lugar a um próton, um elétron e um antineutrino.
A Força Nuclear Fraca embora seja mais forte que a Força da Gravidade, só é eficaz em distancias muito curtas na ordem de 10-18metros. A Força Nuclear Fraca é mediada pelas partículas elementares chamadas Bosons W e Z.
O Bóson W possue uma carga elétrica elementar que pode ser positiva W+ e W- tornando estas partículas respectivamente antipartículas uma da outra, ou seja, o bóson W+ é antipartícula do bóson W- e vice versa.
Os Bósons W são nomeados assim por causa da força fraca (weak force)
O Bóson Z é eletricamente neutro e é a sua própria anti partícula.
O físico Steven Weinberg nomeou como "partícula Z" pois esta possuía carga elétrica Zero e mais tarde deu a explicação de que era a última partícula adicional necessária pelo modelo padrão (os bósons W já haviam sido nomeados).
A descoberta do Bóson Z foi um grande sucesso, para o que hoje é chamado de Modelo Padrão da física de partículas.
As três partículas são de vida muito curta com uma média de vida de cerca de 3.10-25 segundos.
MUON
O múon é uma partícula elementar semelhante ao elétron, com carga elétrica unitária negativa de -1 e um spin de ¹⁄₂, mas com uma massa muito maior da do eletron. É classificado como um lépton, assim como o elétron, o Tau, e os três neutrinos (neutrino do elétron, neutrino do muon e neutrino do tau). É uma partícula sem massa, sem carga e raramente interage com a matéria.
"Os raios cósmicos são principalmente de prótons provenientes de todas as partes do universo. Quando estes raios entram na atmosfera da Terra, eles atingem moléculas como nitrogênio e oxigênio, e na reação que se segue os neutrinos são produzidos como subproduto e são estes chamados de neutrinos atmosféricos.
A Força Fraca é comumente vista no Decaimento Beta relacionado a radiação. Ele afeta todos os Léptons e Quarks
Efeito Casimir
Força da Flutuação do Vácuo
e a Constante Cosmológica
A experiência abaixo, mostra como a Força da Flutuação do Vácuo, força a aproximação das duas placas de metal, ou seja, no vácuo existe uma "força de flutuação".
O Efeito Casimir, previsto em 1948 pelo físico holandês Hendrik Casimir da Phillips, só foi demonstrado em 1997, e constitui evidência de que o vácuo tem uma energia associada.
Efeito Casimir - History
É um fenômeno puramente da mecânica quântica e nele reside uma das maiores incógnitas da física contemporânea: o problema da constante cosmológica.
Constante cosmológica geralmente representada por Lambda maiúsculo Λ, foi proposta por Albert Einstein como uma modificação da teoria original da relatividade geral ao concluir um "Universo estacionário". Einstein abandonou esse conceito após a descoberta do deslocamento para o vermelho de Hubble e a introdução do paradigma do "Universo em Expansão". Entretanto, a descoberta na década de 1990 de que a expansão do universo ainda está acelerando, renovou o interesse pela constante cosmológica, que possui o mesmo efeito de uma densidade de energia entrísica do vácuo.
A Constante Cosmológica e a Expansão do Universo - SARAU05
continua 5..Império da Radiação Cósmica de Fundo
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