Segundo o Professor Alberto Santoro, uma partícula elementar é uma partícula subatômica que não tem subestrutura conhecida, ou seja, não pode ser dividida em partes menores (até o momento), sendo definida por um conjunto de números quânticos que descrevem suas propriedades. Essas partículas são consideradas "blocos de construção" fundamentais da matéria e da energia e incluem elétrons, prótons, nêutrons, neutrinos, fótons e várias outras.
Uma propriedade quântica de uma partícula elementar refere-se a uma característica ou comportamento específico que é descrito pelas leis da física quântica.
Algumas das propriedades quânticas importantes incluem:
Superposição: Uma partícula quântica pode existir em múltiplos estados ao mesmo tempo, em uma combinação linear desses estados. Isso significa que ela pode estar em vários lugares ou possuir diferentes valores de outras propriedades simultaneamente.
Emaranhamento: Duas ou mais partículas quânticas podem estar intrinsecamente ligadas, de modo que o estado de uma partícula esteja intimamente relacionado ao estado das outras partículas emaranhadas. Mudanças em uma partícula afetam instantaneamente as outras, independentemente da distância entre elas.
Indeterminação: O princípio da incerteza de Heisenberg estabelece que certas propriedades, como posição e momento, não podem ser conhecidas simultaneamente com precisão arbitrária. Quanto mais precisamente uma propriedade é medida, menos precisão pode-se ter na medição de outra propriedade complementar.
Quantização: As propriedades de algumas partículas estão quantizadas, o que significa que elas só podem ter valores discretos em vez de valores contínuos. Por exemplo, a energia de um elétron em um átomo está quantizada em níveis de energia específicos.
Para as partículas elementares algumas propriedades quânticas são fundamentais:
A CARGA ELÉTRICA - é uma medida da interação eletromagnética de uma partícula e determina como ela responde a campos elétricos e magnéticos.
Na física clássica, a carga elétrica é considerada contínua e pode ter qualquer valor. No entanto, na física quântica, descobriu-se que a carga elétrica é quantizada, o que significa que ela só pode ocorrer em múltiplos inteiros de uma unidade básica, que é a carga elementar.
A carga elementar é denotada por "e" e tem um valor aproximado de 1,602 x E-19 coulombs. Ela é a menor quantidade de carga elétrica observada na natureza e é carregada pelos elétrons. A carga elétrica de um próton é exatamente oposta à carga do elétron, sendo também igual em magnitude.
Além disso, as partículas carregadas podem ter cargas positivas ou negativas, dependendo da presença de elétrons em excesso ou falta em relação aos prótons em um átomo ou partícula.
A carga elétrica é uma propriedade conservada, o que significa que a soma total de cargas em um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo. Isso é conhecido como lei da conservação da carga.
As interações eletromagnéticas entre partículas são mediadas por partículas portadoras de carga, chamadas de fótons. A carga elétrica das partículas desempenha um papel fundamental em fenômenos quânticos, como a formação de átomos, a estrutura da matéria e as interações fundamentais na física de partículas.
A MASSA - é uma propriedade quântica das partículas elementares, que descreve a quantidade de matéria contida na partícula. Ela está intrinsecamente relacionada à inércia da partícula, ou seja, sua resistência a mudanças no estado de movimento.
Na física clássica, a massa é considerada uma grandeza contínua e pode ter qualquer valor positivo. No entanto, na física quântica, a massa também está sujeita à quantização. As partículas elementares têm massas específicas que são características delas e não podem assumir qualquer valor.Diferentes partículas elementares têm massas diferentes. Por exemplo, o elétron tem uma massa específica, o próton tem outra massa e assim por diante. A massa das partículas elementares é medida em unidades de energia, de acordo com a famosa equação de Einstein, E = mc², onde E é a energia, m é a massa e c é a velocidade da luz no vácuo.
A massa é uma propriedade conservada, o que significa que a soma total de massas em um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo, de acordo com a lei da conservação da massa.
O SPIN - é uma propriedade quântica intrínseca das partículas elementares. É uma medida da quantidade de momento angular intrínseco que uma partícula possui, independentemente de seu movimento de rotação física.
O spin não tem uma interpretação clássica direta, pois não corresponde a uma rotação literal da partícula em torno de um eixo. Em vez disso, é uma característica fundamental das partículas quânticas, que descreve seu comportamento sob rotações espaciais.
O spin é quantizado, o que significa que só pode ter valores discretos. Para as partículas elementares, como elétrons, prótons e nêutrons, o spin tem um valor intrínseco de "spin-½". Isso significa que o spin de tais partículas pode assumir apenas dois valores: +½ ou -½ (em unidades da constante de Planck dividida por 2π).
O spin possui algumas características notáveis:
O spin é uma propriedade conservada. Isso significa que o spin total de um sistema isolado de partículas se conserva durante interações, a menos que haja uma força externa envolvida.
O spin tem relação com a estatística das partículas. Partículas com spin inteiro obedecem à estatística de Bose-Einstein e podem ocupar o mesmo estado quântico simultaneamente, como fótons (spin-1). Partículas com spin semi-inteiro seguem a estatística de Fermi-Dirac e obedecem ao princípio da exclusão de Pauli, onde não podem ocupar o mesmo estado quântico, como elétrons (spin-½).
O spin é uma propriedade fundamental na física de partículas e na teoria quântica de campos. Ele influencia as interações eletromagnéticas, fortes e fracas entre partículas e está relacionado à estrutura de simetria das teorias físicas.
Embora o spin seja uma propriedade abstrata e não possa ser visualizado diretamente, é uma característica essencial para a descrição e compreensão das partículas elementares e seu comportamento quântico.
Entender sobre as propriedades quânticas das partículas significa compreender a descrição da natureza em escalas subatômicas.
Para saber mais ... Entrelaçamento Quântico (link)
TIRINHA DO DIA
Próximo tema: O CERN e seu detectores de partículas , espero você na segunda dia 03 de julho.
Kleber Bastos
Prof. IFAM/CMC
Colaborador: GEDEP-fis / GIRPEN
Instagram: @fisikanarede
