Os povos antigos pensavam que somos compostos por quatro “elementos” – água, terra, fogo e ar; que agora sabemos que não são elementos. Atualmente, existem cerca de 118 elementos. Todos os elementos são compostos de átomos que antes eram considerados indivisíveis. No início do século XX, após as descobertas de JJ Thompson e Rutherford, sabia-se que os átomos eram constituídos por núcleos (feitos de prótons e nêutrons) no centro e elétrons órbita em volta. Na década de 1970, sabia-se que prótons e nêutrons também não são fundamentais, mas são compostos de 'quarks up' e 'quarks down', tornando assim 'elétrons', 'quarks up' e 'quarks down' os três constituintes mais fundamentais de tudo no universo. Com os desenvolvimentos pioneiros na física quântica, aprendemos que as partículas são, na verdade, derivadas, os feixes ou pacotes de energia nos campos que implicam partículas não são fundamentais. O que é fundamental é o campo que lhes está subjacente. Podemos agora dizer que os campos quânticos são os blocos de construção fundamentais de tudo no universo (incluindo sistemas biológicos avançados como nós). Somos todos feitos de campos quânticos. Propriedades de partículas, como carga elétrica e massa, são afirmações sobre como seus campos interagem com outros campos. Por exemplo, a propriedade que chamamos de carga elétrica de um elétron é uma afirmação sobre como o campo dos elétrons interage com o campo eletromagnético. E. a propriedade de sua massa é a afirmação sobre como ela interage com o campo de Higgs.
Desde os tempos antigos, as pessoas se perguntam do que somos feitos? O que é universo feito de? Quais são os blocos de construção fundamentais da natureza? E quais são as leis básicas da natureza que governam tudo no universo? Modelo padrão da ciência é a teoria que responde a essas perguntas. Diz-se que esta é a teoria da ciência bem-sucedida já construída ao longo dos últimos séculos, uma única teoria que explica a maioria das coisas no universo.
As pessoas sabiam desde cedo que somos feitos de elementos. Cada elemento, por sua vez, é composto de átomos. Inicialmente, pensava-se que os átomos eram indivisíveis. No entanto, em 1897, JJ Thompson descobriu elétrons usando descarga elétrica através de tubo de raios catódicos. Logo depois, em 1908, seu sucessor Rutherford provou, por meio de seu famoso experimento com folha de ouro, que um átomo tem um minúsculo núcleo carregado positivamente no centro, em torno do qual circulam elétrons carregados negativamente. órbitas. Posteriormente, descobriu-se que os núcleos são constituídos por prótons e nêutrons.
Na década de 1970, descobriu-se que nêutrons e prótons não são indivisíveis, portanto, não são fundamentais, mas cada próton e nêutron são compostos de três partículas menores chamadas quarks, que são de dois tipos - “quarks up” e “quarks down” (“quarks down”). up quark” e “down quark” são apenas quarks diferentes. Os termos 'up' e 'down' não implicam qualquer relação com direção ou tempo). Os prótons são compostos de dois “quarks up” e um “quark down”, enquanto um nêutron é composto de dois “quarks down” e um “quark up”. Assim, “elétrons”, “quarks up” e “quarks down” são as três partículas mais fundamentais que são os blocos de construção de tudo no universo. No entanto, com os avanços da ciência, esta compreensão também sofreu mudanças. Os campos são considerados fundamentais e não partículas.
As partículas não são fundamentais. O que é fundamental é o campo que está por trás deles. Somos todos feitos de campos quânticos.
De acordo com a compreensão atual da ciência, tudo no universo é composto de entidades abstratas invisíveis chamadas “campos” que representam os blocos de construção fundamentais da natureza. Um campo é algo que está espalhado por universo e assume um valor específico em cada ponto do espaço que pode mudar com o tempo. É como ondas de fluido que oscilam ao longo do universo, por exemplo, campos magnéticos e elétricos estão espalhados pelo universo. Embora não possamos ver os campos eléctricos ou magnéticos, eles são reais e físicos, como evidenciado pela força que sentimos quando dois ímanes são aproximados. De acordo com a mecânica quântica, pensa-se que os campos são contínuos, ao contrário da energia que é sempre parcelada em alguns pedaços discretos.
A teoria quântica de campos é a ideia de combinar a mecânica quântica com campos. De acordo com isso, o fluido eletrônico (ou seja, as ondulações das ondas desse fluido) fica amarrado em pequenos feixes de energia. Esses feixes de energia são o que chamamos de elétrons. Assim, os elétrons não são fundamentais. São as ondas do mesmo campo subjacente. Da mesma forma, as ondulações dos dois campos de quarks dão origem a “quarks up” e “quarks down”. E o mesmo se aplica a todas as outras partículas do universo. Os campos estão subjacentes a tudo. O que consideramos partículas são, na verdade, ondas de campos amarradas em pequenos feixes de energia. Os blocos de construção fundamentais básicos do nosso universo são essas substâncias semelhantes a fluidos que chamamos de campos. As partículas são meramente derivados desses campos. No vácuo puro, quando as partículas são retiradas completamente, os campos ainda existem.
Os três campos quânticos mais básicos da natureza são “elétron”, “quark up” e “quark down”. Há um quarto chamado neutrino, no entanto, eles não nos constituem, mas desempenham um papel importante em outras partes do mundo. universo. Os neutrinos estão por toda parte, eles fluem por tudo, em todos os lugares, sem interagir.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Campos de assunto: Os quatro campos quânticos básicos e suas partículas associadas (ou seja, “elétron”, “quark up”, “quark down” e “neutrino”) formam a base do universo. Por razões desconhecidas, estas quatro partículas fundamentais reproduzem-se duas vezes. Os elétrons reproduzem “múon” e “tau” (que são 200 vezes e 3000 vezes mais pesados que os elétrons, respectivamente); os quarks up dão origem ao “quark estranho” e ao “quark bottom”; os quarks down dão origem ao “quark charm” e ao “quark top”; enquanto o neutrino dá origem ao “neutrino do múon” e ao “neutrino do tau”.
Assim, existem 12 campos que dão origem às partículas, nós os chamamos campos de matéria.
Abaixo está a lista de 12 campos de matéria que compõem 12 partículas no universo.
Campos de força: Os 12 campos de matéria interagem uns com os outros através de quatro forças diferentes – gravidade, eletromagnetismo, fortes forças nucleares (operar apenas em pequena escala de núcleo, manter quarks juntos dentro de prótons e nêutrons) e forças nucleares fracas (operam apenas em pequena escala do núcleo, responsáveis pelo decaimento radioativo e iniciam a fusão nuclear). Cada uma dessas forças está associada a um campo – a força eletromagnética está associada a Gluon Field, campos associados a forças nucleares fortes e fracas são Campo de bósons W e Z e o campo associado à gravidade é espaço-tempo si.
Abaixo está a lista de quatro campos de força associados a quatro forças.
| força eletromagnética | Gluon Field |
| Forças nucleares fortes e fracas | campo bóson w & z |
| gravidade | espaço tempo |
A universo é preenchido com esses 16 campos (12 campos de matéria mais 4 campos associados a quatro forças). Esses campos interagem juntos de maneira harmoniosa. Por exemplo, quando o campo do elétron (um dos campos da matéria) começa a oscilar para cima e para baixo (porque há um elétron ali), isso dá início a um dos outros campos, digamos, o campo eletromagnético que, por sua vez, irá também oscilam e ondulam. Haverá luz que será emitida de modo que oscilará um pouco. Em algum momento, ele começará a interagir com o campo de quarks, que por sua vez oscilará e ondulará. A imagem final que temos é a dança harmoniosa entre todos esses campos, interligados.
campo de Higgs
Na década de 1960, outro campo foi previsto por Peter Higgs. Na década de 1970, isso se tornou parte integrante do nosso entendimento sobre o universo. Mas não houve nenhuma evidência experimental (ou seja, se fizermos a ondulação do campo de Higgs, deveremos ver partículas associadas) até 2012, quando investigadores do CERN no LHC relataram a sua descoberta. A partícula se comportou exatamente da maneira prevista pelo modelo. A partícula de Higgs tem vida muito curta, de cerca de 10-22 segundos.
Este foi o alicerce final do universo. Esta descoberta foi importante porque este campo é responsável pelo que chamamos de massa no universo.
As propriedades das partículas (como carga elétrica e massa) são declarações sobre como seus campos interagem com outros campos.
É a interação dos campos presentes no universo que dão origem a propriedades como massa, carga etc. de diferentes partículas experimentadas por nós. Por exemplo, a propriedade que chamamos de carga elétrica de um elétron é uma afirmação sobre como o campo dos elétrons interage com o campo eletromagnético. Da mesma forma, a propriedade da sua massa é a afirmação sobre como ela interage com o campo de Higgs.
Uma compreensão do campo de Higgs foi realmente necessária para que pudéssemos compreender o significado da massa no universo. A descoberta do campo de Higgs também foi a confirmação do Modelo Padrão que existia desde 1970.
Campos quânticos e física de partículas são campos dinâmicos de estudo. Desde a descoberta do campo de Higgs, ocorreram vários desenvolvimentos relacionados ao modelo padrão. A busca por respostas para as limitações do modelo Standard continua.
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Fontes:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe - with David Tong. Disponível online em https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
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