Do Que Tudo é Feito?

337 Pages·2010·33.488 MB·Portuguese

by  Gil da Costa Marques

Do que Tudo é Feito?
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UNIVERSIDADEDESÃOPAULO
Reitor JoãoGrandinoRodas
Vice-reitor HélioNogueiradaCruz
|edusP
EDITORADAUNIVERSIDADEDESÃOPAULO
Diretor-presidente PlinioMartinsFilho
COMISSÃOEDITORIAL
Presidente JoséMindlin
Vice-presidente CarlosAlbertoBarbosaDantas
AdolphoJoséMelfi
BenjaminAbdalaJúnior
MariaArmindadoNascimentoArruda
NélioMarcoVincenzoBizzo
RicardoToledoSilva
DiretoraEditorial SilvanaBiral
Editoras-assistentes MarilenaVizentin
CarlaFernandaFontana
GildaCostaMarques
Do que Tudo é Feito?
|edusP
Copyright©2010byGildaCostaMarques
Ficha catalográfica elaborada pelo Departamento Técnico
doSistemaIntegradodeBibliotecasdaUSP
Marques,GildaCosta
DoQueTudoéFeito?/GildaCostaMarques.-
São Paulo: Editora da Universidade deSão Paulo,
2010.
356p.:il.;24cm.
Incluitabelas
Incluibibliografia.
ISBN978-85-314-1197-7
1.Física.2.HistóriadaCiência.I.Título.
CDD530
Direitosreservadosà
Edusp-EditoradaUniversidadedeSãoPaulo
Av.Prof.LucianoGualberto,TravessaJ,374
6oandar-Ed.daAntigaReitoria-CidadeUniversitária
05508-010-SãoPaulo-SP-Brasil
DivisãoComercial:Tel.[phone]-4150
SAC(11)3091-2911-Fax[phone]
www.edusp.com.br-e-mail:[email protected]
PrintedinBrazil 2010
Foifeitoodepósitolegal
Sumário
Apresentação 9
PARTE I:DoqueTudoé Feito?
1.DoqueTudoéFeito? 13
PARTE II:AsTransformaçõeseasInterações
2.AsTransformaçõeseasInterações 27
3.AsInteraçõesFundamentais 39
4.AsTransformaçõesFundamentais 51
PARTE III:AceleradoreseDetectores
5.AceleradoreseDetectores 69
6.OAceleradorLHC 81
7.OsDetectoresdoLHC 93
PARTEIV:AsPartículasElementares
8. DoAtomismoàsPartículasElementares 113
9. PartículasElementares 125
10.OVácuo 139
11.0Elétron 151
12.Fótons 163
13.Antipartículas 177
14.LéptonseQuarks 187
15.BósonsIntermediários 199
PARTEV:Aglomerados
16.Aglomeração:UmaVisãoGeral 215
17.AsPartículasCompostas 227
18.ONúcleoAtómico 237
19.Átomos 249
20.CompostosQuímicos:Moléculas 263
21.NovosMateriais 275
22.AMatéria 291
PARTEVI:NossoMundo
23.ALitosferaTerrestre 307
24.AsPartículasElementareseAlgunsFenômenosNaturais 319
25.Atmosfera,NuvenseTempestades 331
Referências Bibliográficas 349
CréditodasImagens 351
Apresentação
Desde osprimórdios,ohomem temprocuradoentenderomundofísicoeastransformações
queneleocorremapartirde unspoucosingredientes.Aideiaéadeque,apoiando-senessesingre-
dientesconsideradosbásicos,pode-seentendertodososfenômenosqueseobservamaqui naTerra
bem como aqueles que ocorrem em regiões longínquas no Universo. Trata-se de uma forma de
reducionismo.Vaiumpoucoalém,noentanto,namedidaemquenãoseatémapenasàquestãodos
constituintesdetudomastambém dasuadinâmica.
Hácercadedoismil equinhentosanos,algunsfilósofosgregosjátentavamentendera“na-
turezadascoisas” (algoaqueeleschamavamgenericamentede“physis”)apartirdeconstituintese
deconceitosquehojepodemosassociaraforças.Osprimeirossábiosasepreocuparemcomotema
acreditavam na existência de apenas uma substância básica. Outros pensavam que seriam quatro,
enquanto outrosaindaacreditavam em cinco.Poroutrolado,os atomistas propunham um número
infinitodesubstânciasbásicas,àsquaisderamonomedeátomos.
Apercepçãodequetudopodeserentendidoapartirdeunspoucosconstituinteseumnúmero
reduzidodeforçasprevaleceatéosdiasdehoje.Ouseja,acreditamosquepodemosentendertudoque
ocorre,e queocorreu, noUniversoa partir dealguns poucosconstituintes fundamentais,aos quais
damosonomedepartículaselementares.Nadescriçãodosfenômenosfazemosusodeapenasquatro
forçasouinteraçõesentreeles.
Onúmerodeconstituintesfundamentaistemvariadomuitoaolongodahistóriadahumani-
dade.Essavariaçãoestá relacionada nãodiretamenteaonúmerodessesobjetosmasà mudança na
nossapercepçãodetaissubstânciasaolongodotempo.
Assubstânciasbásicas,hojeconhecidascomopartículaselementares,sãoosobjetosapartir
dosquaistodasascoisassãofeitas.
Este livrotem porobjetivoapresentar,levandoem conta a evolução histórica,as partículas
elementares,suasinteraçõeseseusdiversostiposdeaglomerados.Eleévoltadoparaopúblicoleigo
e,porisso,emalgunsmomentos,talvezalinguagempequeum poucopelafaltadeprecisão.Er um
preçoquesepagapelaapresentaçãodetemascomplexosaosnãoiniciados.
Necessário se faz esclarecer que o tema aqui apresentado reflete o nosso entendimento do
assuntonomomentopresente.Estaéumaáreadaciênciamuitodinâmicae,porconseguinte,anossa
compreensãopodemudar-comotemmudado-àmedidaqueevoluímosnaspesquisasdesenvolvi-
dasparaacompreensãodaestruturadamatéria.Naciênciaquasenadaédefinitivo.
Alémdassubstânciasbásicasdescreveremososquatrotiposdeinterações,asquaissãores-
ponsáveis por diversas transformaçõesdos constituintesda matéria.Aaglomeração é o resultado
dessesquatrotiposdeforça.TodososobjetosnoUniversoresultamdaaglomeraçãodepartículas
elementares.Porexemplo,nossapercepçãohojeéadequeosátomossãoaglomeradosdepartícu-
laselementaresquecontêmpelomenosquatrodessassubstânciasbásicas.
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Oprocessodeelaboraçãodestevolumecontou coma participaçãodevárioscolaboradores.
Destacamos os autores de cinco capítulos: Rogério Luiz lope, Sergio Morais Lietti, Pedro Galli
Mercadante,AntônioJoséRoquedaSilva,MartaSilviaMariaMantovani,CarlosAugustoMoralez
RodriguezeOswaldoMassambani,aquem muitoagradecemos.
Naapresentaçãodeumtemaàsvezesabstrato,éimportanterecorrerafotos,desenhoseilus-
trações.ÉocasodaFísicadePartículasElementares.Amaioriadasbelasilustraçõesaquiapresenta-
dasédeautoriadoCelsoLourenço.Adiagramação,asfotoseasilustraçõesno3DStudioresultaram
dotrabalhodoMaurícioKlein.Olivroteriaperdidomuitosemainestimávelcontribuiçãodeambos.
MarinaTokumarufezacorreçãoortográficadealgunscapítulos.
Muitoscolegas,eaSilvana,leramtrechosdolivroecontribuíramcomsugestõesparamelho-
rarasuaredação.Osnossosagradecimentosatodoseles.
Umagradecimentoespecial vai paraoEduardo Bonilha,queteveotrabalhominuciosode
ler,apontar incorreçõese,acimadetudo,fazersugestões para oaperfeiçoamentodaapresentação
dealgunstemasmaiscomplexos.Graçasaelemelhorouaapresentação.
GildaCostaMarques
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CAPÍTULO1:DOQUETUDOÉFEITO
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Do que Tudo é Feito?
1.1As Questões Fundamentais
Ao olharmos para o céu à noite e depararmos com a imensidão do espaço onde
cintilamasestrelas,vezporoutranosocorremalgumasindagações.OqueéoUniverso?
Quais assuas dimensões? Do que eleé feito? Há quanto tempoele existe? Comofoi o
início de tudo? Estas perguntas, ao lado daquelas que dizem respeitoao surgimento da
vida naTerra,e da suacontinuidade,têm sidofeitas pelossereshumanosdesdeépocas
imemoráveis. Elas fazem parte de um seleto grupo de questões consideradas as mais
básicas,asmaisfundamentais,dentretodas.
Durantemuitosanosessasquestõesficaramrestritasaodomíniodamitologia,da
teologiaoudafilosofia,porfaltadeevidênciasexperimentaisminimamentesegurasque
permitissemaospensadoresfazeranálises bemfundamentadas.
Por intermédio de mitos, os povos da Antiguidade procuravam explicações re-
ligiosas, passadasde uma geração a outra,paraasquestões básicas a respeito da vida e
do Universo. Um bom número de mitos se baseia em histórias de deuses, os quais, na
maioria doscasos,acabamexibindoalgumasfraquezas típicasdos seres humanos. Essa
semelhançacomoshomensfaziacomqueosmitosperdessemacredibilidadeeporisso
fossemalvodecríticasporpartedosprimeirosfilósofosgregos.
CercadeseisséculosantesdeCristo,osgregosintroduziram,numareaçãoàmi-
tologia, uma novaforma de pensarasquestõesfundamentais. Essa novaforma-afilo-
sofia-visavaaencontrarrespostasparaessasquestões, desenvolvendoum pensamento
construídosobrearazão,massemdescartaraobservaçãodosfenômenosnaturais.Intro-
duziramassimumaformaquasecientíficadepensar.
A parte dafilosofia que era voltada para o entendimento da natureza, afilosofia
natural,deulugar,como passardotempo,àsciências naturais.Omarcodessa transfor-
mação foi o trabalho criativo do genial Galileu, que incorporou ao uso do raciocínio a
experimentação e o formalismo matemático. Esse último aspecto foi incorporado por
Newtonemseusestudosdateoriadagravitaçãouniversal,eportantosoutrosque com-
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