A física de partículas é um ramo da física que estuda a natureza das partículas que constituem a matéria e a radiação. Embora as partículas não sejam visíveis a olho nu, os seus efeitos são de facto colossais no Universo. Este campo investiga os menores constituintes da matéria e como eles interagem entre si. Compreender essas partículas e suas interações nos ajuda a compreender o universo em grande escala.
O Modelo Padrão da física de partículas é uma teoria que descreve três das quatro forças fundamentais conhecidas no universo (as interações eletromagnéticas, fracas e fortes, mas não a gravidade) e classifica todas as partículas elementares conhecidas. Ele divide as partículas em dois grupos principais: férmions e bósons.
Os férmions são os blocos de construção da matéria. Eles têm spin meio inteiro e obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, o que significa que dois férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico simultaneamente. Os férmions são ainda classificados em léptons e quarks.
Bósons são partículas que transportam forças e possuem spin inteiro. Eles não obedecem ao princípio de exclusão de Pauli. Existem quatro tipos de bósons no Modelo Padrão:
No universo, existem quatro interações fundamentais que governam o comportamento de toda matéria e energia. O Modelo Padrão explica com sucesso três deles:
A gravidade, a quarta força, ainda não foi descrita pelo Modelo Padrão. É explicado pela teoria da Relatividade Geral e acredita-se que seja mediado por uma partícula teórica conhecida como gráviton.
Para estudar a física das partículas, os cientistas usam grandes máquinas chamadas aceleradores de partículas para acelerar e colidir partículas em altas energias. Estas colisões produzem novas partículas e permitem aos investigadores estudar as propriedades destas partículas.
O Grande Colisor de Hádrons (LHC) no CERN, perto de Genebra, na Suíça, é o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. Foi fundamental para a descoberta do bóson de Higgs.
A Teoria Quântica de Campos é a estrutura teórica da física de partículas. Combina mecânica quântica e relatividade especial. QFT descreve partículas como estados excitados de seus campos subjacentes. Por exemplo, os fótons são excitações do campo eletromagnético e os elétrons são excitações do campo eletrônico.
Para cada partícula existe uma antipartícula com carga elétrica oposta. Quando uma partícula encontra sua antipartícula, elas se aniquilam, produzindo raios gama. A antimatéria é usada em imagens médicas e é objeto de pesquisa para compreender o desequilíbrio entre matéria e antimatéria no universo.
Os neutrinos são partículas extremamente leves e neutras que interagem muito fracamente com outras matérias. Bilhões de neutrinos passam por nós a cada segundo, quase sempre despercebidos. Os neutrinos vêm do sol e de outras fontes astronômicas. Eles são importantes para a compreensão dos processos estelares e da estrutura do universo.
A física de partículas é um campo fascinante e complexo que explora os componentes e forças fundamentais do universo. Através de experiências que utilizam aceleradores de partículas como o LHC e estruturas teóricas como o Modelo Padrão e a Teoria Quântica de Campos, os cientistas continuam a descobrir os mistérios do universo, uma partícula de cada vez.
