O Modelo Padrão explica como os blocos básicos de construção da matéria interagem, governados por quatro forças fundamentais.
As teorias e descobertas de milhares de físicos desde a década de 1930 resultaram em uma percepção notável da estrutura fundamental da matéria: tudo no universo é encontrado a partir de alguns blocos básicos chamados partículas fundamentais, governados por quatro forças fundamentais. Nossa melhor compreensão de como essas partículas e três das forças estão relacionadas umas com as outras é encapsulada no Modelo Padrão da física de partículas. Desenvolvido no início dos anos 70, ele explicou com sucesso quase todos os resultados experimentais e previu precisamente uma grande variedade de fenômenos. Com o tempo e através de muitos experimentos, o Modelo Padrão se estabeleceu como uma teoria da física bem testada.
Toda a matéria ao nosso redor é feita de partículas elementares, os blocos de construção da matéria. Essas partículas ocorrem em dois tipos básicos chamados quarks e leptons. Cada grupo consiste em seis partículas, que são relacionadas em pares ou “gerações”. As partículas mais leves e mais estáveis compõem a primeira geração, enquanto as partículas mais pesadas e menos estáveis pertencem à segunda e terceira gerações. Toda matéria estável no universo é feita de partículas que pertencem à primeira geração; quaisquer partículas mais pesadas decaem rapidamente para o próximo nível mais estável. Os seis quarks estão emparelhados nas três gerações - o “quark up” e o “quark down” da primeira geração, seguidos pelo “quark charm” e “quark strange”, depois o “quark top” e “bottom quark” beleza) quark ”. Quarks também vêm em três "cores" diferentes e só se misturam de maneira a formar objetos sem cor. Os seis léptons são organizados da mesma forma em três gerações - o "elétron" e o "neutrino-elétron", o "múon" e o "neutrino do múon", e o "tau" e o "neutrino do tau". O elétron, o múon e o tau têm carga elétrica e massa considerável, enquanto os neutrinos são eletricamente neutros e têm muito pouca massa.
Eles trabalham em diferentes faixas e possuem diferentes pontos fortes. A gravidade é a mais fraca, mas tem um alcance infinito. A força eletromagnética também tem alcance infinito, mas é muitas vezes mais forte que a gravidade. As forças fracas e fortes só são efetivas em um intervalo muito curto e dominam apenas no nível das partículas subatômicas. Apesar de seu nome, a força fraca é muito mais forte que a gravidade, mas é de fato a mais fraca das outras três. A força forte, como o nome sugere, é a mais forte das quatro interações fundamentais. Três das forças fundamentais resultam da troca de partículas de força, que pertencem a um grupo mais amplo chamado “bósons”. Partículas de matéria transferem quantidades discretas de energia trocando bósons umas com as outras. Cada força fundamental tem seu próprio bóson correspondente - a força forte é carregada pelo “glúon”, a força eletromagnética é carregada pelo “fóton” e os “bósons W e Z” são responsáveis pela força fraca. Embora ainda não tenha sido encontrado, o "gráviton" deve ser a partícula de gravidade correspondente à força. O Modelo Padrão inclui as forças eletromagnéticas, fortes e fracas e todas as suas partículas transportadoras, e explica bem como essas forças atuam em todas as partículas de matéria. No entanto, a força mais familiar em nossas vidas cotidianas, a gravidade, não faz parte do Modelo Padrão, já que encaixar a gravidade confortavelmente neste quadro provou ser um desafio difícil. A teoria quântica usada para descrever o micro-mundo, e a teoria geral da relatividade usada para descrever o mundo macro, são difíceis de se encaixar em uma estrutura única. Ninguém conseguiu tornar os dois matematicamente compatíveis no contexto do Modelo Padrão. Mas, felizmente para a física de partículas, quando se trata da minúscula escala de partículas, o efeito da gravidade é tão fraco que é insignificante. Somente quando a matéria é a granel, na escala do corpo humano ou dos planetas, por exemplo, o efeito da gravidade domina. Portanto, o Modelo Padrão ainda funciona bem, apesar de sua relutante exclusão de uma das forças fundamentais.
Até aí tudo bem, mas ...
... não é hora de os físicos darem por encerrada a questăo. Embora o Modelo
Padrão seja atualmente a melhor descrição que existe do mundo subatômico, ele não explica o quadro
completo. A teoria incorpora apenas três das quatro forças fundamentais, omitindo a gravidade. Há também
questões importantes que ele não responde, como “O que é matéria escura?”, Ou “O que aconteceu com a
antimatéria após o big bang?”.
“Por que existem três gerações de quarks e léptons com uma massa tão diferente? ”e mais. Por último, mas não menos importante, é uma partícula chamada Bóson de Higgs, um componente essencial do Modelo Padrão. Em 4 de julho de 2012, os experimentos ATLAS e CMS no Large Hadron Collider (LHC) do CERN anunciaram que cada um observara uma nova partícula na região de massa em torno de 126 GeV.
Esta partícula é consistente com o bóson de Higgs, mas será necessário mais trabalho para determinar se é ou não o bóson de Higgs previsto pelo Modelo Padrão.O Boson de Higgs, como proposto no Modelo Padrão, é a manifestação mais simplesdo mecanismo Brout-Englert-Higgs.
Outros tipos de bósons de Higgs são previstos por outras teorias que vão além do Modelo Padrão.Em 8 de outubro de 2013, o prêmio Nobel de Física foi concedido em conjunto a François Englert e Peter Higgs, pela descoberta teórica de um mecanismo que contribui para nossa compreensão da origem da massa de partículas subatômicas e que foi confirmada recentemente pela descoberta da partícula fundamental prevista, pelos experimentos ATLAS e CMS no Large Hadron Collider do CERN. " Portanto, embora o Modelo Padrão descreva com precisão os fenômenos dentro de seu domimínio, ele ainda está incompleto.
Talvez seja apenas uma parte de um quadro maior que inclua novas físicas escondidas no fundo do mundo subatômico ou nos recessos sombrios do universo. Novas informações de experimentos no LHC nos ajudarão a encontrar mais dessas peças que faltam.