LIÇÃO 6: LIÇÃO 6: GRANDES DESAFIOS DO SÉCULO XXI NO LHC/CERN

APRESENTAÇÃO

Estamos chegando ao fim da nossa viagem quântica, mas muito há para desvendar sobre o mundo das partículas elementares.

Você sabe o que são os grávitons? Já ouviu falar de matéria e a energia escura? E da antimatéria e dos miniburacos negros? Será que realmente teve o famoso Big Bang? E o Universo está se expandindo ou se contraindo?

Será que os cientistas do CERN já descobriram tudo sobre a origem do Universo através dos experimentos do CERN/LHC?

Se o campo de Higgs explica a origem da massa das partículas, então quem deu origem ao bóson de Higgs?

Fonte: CERN

Afinal, quais os desafios que ainda são enfrentados pelos cientistas no CERN na busca de respostas sobre os limites do mundo subatômico do macrocosmo?

LIÇÃO 5: INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA NATUREZA, PARTÍCULAS MEDIADORAS E O BÓSON DE HIGGS

APRESENTAÇÃO

Olá,

Agora vamos entender as interações que ocorrem na natureza.

Uma simples atividade chamada “passa-bola” vai nos ajudar a compreender como ocorrem as interações fundamentais.

No estudo de física de partículas, as forças comportam-se fazendo uma “troca” de partículas mediadoras. Isso acontece quando uma partícula exerce uma força sobre a outra.

Fonte: Portal do Professor / MEC

          Que tipo de interação está acontecendo na brincadeira?

O que ocorre durante a interação?Há troca de energia? Qual a função da bola para a brincadeira?

LIÇÃO 4: AS PARTÍCULAS ELEMENTARES DA MATÉRIA E O MODELO PADRÃO: CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES

APRESENTAÇÃO

Olá,

Espero que nesta lição você já tenha uma noção sobre o átomo e sua estrutura fundamental. Mas vamos avançar para que os mesmos consigam desvendar o mundo das partículas elementares que constituem a matéria.

Atividade “Montando Núcleos” (Adaptado do Curso de Física de Partículas da USP – atividade “Entendendo a estrutura das partículas através de formas geométricas, quadrados e triângulos”).

Quais são as partículas mais conhecidas que compõem a matéria?

É possível “quebrar” prótons, elétrons e nêutrons?

Quantas e quais são as partículas elementares existentes no Universo?


ATIVIDADE “MONTANDO NÚCLEOS”

Adaptado do Curso de Física de Partículas da USP – 3ª edição

 “Entendendo a estrutura das partículas através de formas geométricas, quadrados e triângulos”

DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE

Objetivo: conhecer e utilizar o modelo de composição dos nucleons por quarks considerando a carga elétrica, spin e carga cor.

Material: quadrados e triângulos das cores azuis, vermelhos e verdes em pacotes.

Conteúdo: Dadas as novas idéias sobre os constituintes dos núcleons com a introdução dos QUARKS vamos construir partículas conhecidas como partículas α, núcleo do oxigênio, do carbono ou outro da sua escolha para firmar as idéias.

Os nucleons, isto é os prótons e os nêutrons, são formados por três quarks cada um e devem ter a cor branca. Portanto cada um deles deve ter as três cores na sua composição: vermelha, azul e verde (red, blue e green em inglês)

Cada quark tem spin 1/2. A regra de soma de spins deve ser como na mecânica quântica, para férmions:

Spin 1/2  + spin 0 só pode dar spin 1/2    

Spin 1/2  + spin 1/2  podem dar partículas com spin 1, 0 ou -1.             

Spin 1/2  + spin 1/2 + spin 1/2  podem dar partículas com spin 3/2, 1/2, -1/2 ou -3/2.

Vejam que assim três quarks de spin 1/2 podem dar uma partícula de spin 1/2 !

Estranho, mas é assim!

Procedimento:

Vamos usar quadrados e triângulos que representam respectivamente o quark up e o quark down, todos com spin 1/2  qualquer que seja a sua cor.

Regras do jogo:

1 - Os quadrados são os quarks up

2 - Os triângulos são os quark down
3 - Construa as partículas: núcleo do hélio (alfa), núcleo do oxigênio e núcleo do carbono e outras de sua escolha.

LIÇÃO 3: ACELERADORES E DETECTORES DE PARTÍCULAS

APRESENTAÇÃO

Agora chegamos definitivamente aos aceleradores de partículas!

Vamos analisar a estrutura dos aceleradores e detectores de partículas, onde as colisões entre feixes de hádrons são feitas.

Fonte: Adaptado de Pietrocola et al (2010)

          Como atividade inicial temos “Rastreando partículas” inspirado em Pietrocola et al (2010).

Analise as imagens da trajetória deixada pelas partículas káon positivo  e píon negativo  detectadas numa câmara de bolhas. Na região age um campo magnético perpendicular ao plano e orientado para cima.

Por que as partículas apresentam trajetória curva? Que informações podemos inferir sobre esse comportamento? Por que as partículas, nas mesmas condições iniciais, apresentam diferentes sentidos e ângulo de curvatura? Que outras observações podem ser feitas sobre os rastros de partículas em uma câmara de bolhas?

LIÇÃO 2: EXPERIMENTOS E COLISÕES: USO DE MODELOS PARA COMPREENDER A MATÉRIA

APRESENTAÇÃO

Olá,

Vamos continuar nossa viagem quântica?

Na nossa viagem vamos nos deparar com alguns modelos, instrumentos muito importantes para os cientistas.

Para melhor conduzirmos esta lição, vamos participar da atividade “Explorando os modelos” (Adaptado de Gurgel e Pietrocola, 2011).

Você irá receber algumas “petecas” e irá projetá-las na direção abaixo de maquetes feitas de telas retangulares de isopor, nas quais há por baixo obstáculos de diferentes formas não visíveis em forma de figuras geométricas ou não.

Dependendo da variação do momento linear das “petecas” desenhe um modelo para a forma que você supõe ter abaixo da placa de isopor.

Que tipo de forma geométrica há por baixo da placa de isopor? Seu modelo explica bem como seria essa forma geométrica? Lembre-se que é um modelo que você vai propor a partir da sua experiência.

Lição 1: O Surgimento do WWW "World Wide Web"

        APRESENTAÇÃO

Olá,

Vamos iniciar uma viagem quântica pela estranheza e charme do mundo das partículas elementares que compõem toda a matéria que compõem o Universo?

Embarque nesse conhecimento!
Para iniciar, vamos participar da atividade “Imagens na Tela”. Observe as imagens mostradas pelo seu professor, como as que seguem, que estão diretamente relacionadas com o nosso tema de estudo e identifique as que você conhece. Procure relacioná-las com algum assunto já visto na sua formação educacional, justificando o que significam.

ATIVIDADES "IMAGENS NA TELA"