Modelo Padrão e Partículas Elementares
O Modelo Padrão é a teoria quântica de campos estabelecida que descreve as partículas elementares conhecidas e as interações forte, fraca e eletromagnética entre elas.
Definition
O Modelo Padrão é uma teoria quântica de campos relativística baseada no grupo de calibre SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y que explica as interações eletromagnéticas, fracas e fortes dos férmions elementares (quarks e léptons) através da troca de bósons de calibre, com massas geradas pelo mecanismo de Higgs.
Scope
Esta área abrange o conteúdo de matéria e os portadores de força do Modelo Padrão: as três gerações de quarks e léptons, os bósons de calibre que mediam as interações forte, fraca e eletromagnética, e o campo de Higgs responsável pela quebra de simetria eletrofraca e pelas massas das partículas. Trata da estrutura de calibre SU(3)xSU(2)xU(1), da classificação de partículas por seus números quânticos e da confirmação experimental do modelo até e incluindo a descoberta do bóson de Higgs, ao mesmo tempo em que observa os fenômenos que ele deixa inexplicados.
Sub-topics
Core questions
- Quais são os constituintes fundamentais da matéria e como eles são organizados em gerações?
- Como as simetrias de calibre do Modelo Padrão ditam a forma das interações fundamentais?
- Como o mecanismo de Higgs confere massa aos bósons de calibre e aos férmions sem quebrar explicitamente a invariância de calibre?
- Quais observações estão além do Modelo Padrão, como a massa do neutrino, a matéria escura e a assimetria matéria-antimatéria?
Key concepts
- Quarks, léptons e três gerações de férmions
- Bósons de calibre e o grupo de calibre SU(3)xSU(2)xU(1)
- Números quânticos de cor, isospin fraco e hipercarga
- Quebra de simetria eletrofraca e o campo de Higgs
- Liberdade assintótica e confinamento
- Antipartículas e leis de conservação
Key theories
- Unificação eletrofraca
- A teoria de Glashow-Weinberg-Salam unifica as interações eletromagnéticas e fracas em uma única teoria de calibre SU(2)_L x U(1)_Y, com o fóton e os bósons W e Z massivos emergindo após a quebra espontânea de simetria.
- Cromodinâmica quântica
- A teoria de calibre SU(3) da interação forte na qual os quarks carregam carga de cor e interagem trocando glúons, exibindo liberdade assintótica a curtas distâncias e confinamento a longas distâncias.
- Mecanismo de Higgs
- A quebra espontânea da simetria eletrofraca por um campo escalar confere massa aos bósons W e Z e aos férmions, deixando o fóton sem massa e a teoria renormalizável.
Clinical relevance
O Modelo Padrão é a teoria mais precisamente testada na física e sustenta a interpretação de cada experimento de colisor, enquanto suas questões em aberto, incluindo a massa do neutrino, a matéria escura e a assimetria bariônica, motivam buscas contínuas por física além dele em instalações como o Grande Colisor de Hádrons.
History
O Modelo Padrão foi montado entre as décadas de 1960 e 1970, começando com a unificação eletrofraca de Glashow, Weinberg e Salam e o desenvolvimento da cromodinâmica quântica como a teoria de calibre da força forte. Suas previsões foram confirmadas passo a passo através da descoberta de correntes neutras, dos bósons W e Z em 1983, do quark top em 1995 e, finalmente, do bóson de Higgs no CERN em 2012, completando o conteúdo de partículas do modelo.
Key figures
- Sheldon Glashow
- Steven Weinberg
- Abdus Salam
- Murray Gell-Mann
- Peter Higgs
Related topics
Seminal works
- weinberg1967
- halzenmartin1984
- griffiths2008
Frequently asked questions
- O Modelo Padrão descreve a gravidade?
- Não. O Modelo Padrão descreve as interações forte, fraca e eletromagnética, mas não inclui a gravidade, que é descrita separadamente pela relatividade geral e não possui uma teoria quântica de campos aceita dentro do modelo.
- O Modelo Padrão está completo?
- É experimentalmente completo em seu conteúdo de partículas, mas não é considerado uma teoria final, porque não explica as massas dos neutrinos, a matéria escura, a energia escura ou o domínio da matéria sobre a antimatéria.