A particula elementar da materia -

Uma pergunta Fundamental para a Vida, sobre o Universo :
Como foi seu inicio e onde estamos com isto agora ?
Qual realmente é particula formadora da matéria , o elementar primitivo unico ?


A TEORIA DAS CORDAS 1
FUNDAMENTOS
Para uma introdução à Teoria das Cordas é necessário a discussão de duas teorias já fundamentadas da Física, A Relatividade Geral, uma teoria clássica, explica muito bem fenômenos em escala astronômica, como por exemplo a órbita dos planetas, Big Bang, buracos negros, evolução das estrelas, ondas e lentes gravitacionais, avanço do periélio do Planeta Mercúrio e a Força da gravidade.. Já a Mecânica Quântica é muito bem sucedida para explicar o comportamento de partículas atômicas e subatômicas, como as moléculas, átomos, bósons e férmions. Hoje aceitamos que a matéria é feita de átomos. Estes por sua vez são feitos de elétrons, prótons e nêutrons. Estes dois últimos são feitos por quarks up e down. Esses quarks e os elétrons (além de outras partículas) são chamadas de partículas fundamentais, pois não podem ser divididas em partículas menores.
Mas afinal, essas partículas são partículas mesmos ou são ondas? Bem, ora se comportam como partículas, ora se comportam como ondas. Ai está a natureza dual dessas partículas e isso caracteriza a mecânica quântica, que utiliza uma função de onda para descreve-las. O chamado Modelo Padrão é uma teoria quântica que explica muito bem as 4 forças fundamentais, Força Gravitacional , Força eletromagnética, Força nuclear forte e nuclear fraca, suas partículas mensageiras, etc... Aliás, o Modelo Padrão é a teoria física mais bem sucedida já criada. Como diria Richard P Feynman: "Não há diferença entre o valor experimental e o valor calculado com o Modelo Padrão" ( Física Clássica ) . •
Mas, nem tudo é perfeito. Infelizmente, a Relatividade Geral não combina com a Mecânica Quântica. Até hoje, não foi possível unir as duas teorias para criar uma mais completa. A teoria geral da relatividade, criada por Einstein, explica como a gravidade opera em grandes dimensões, em estrelas e galáxias. Já a mecânica quântica explica como as leis da Física operam no extremo oposto, nas subpartículas atômicas. Essa visão quântica não está de acordo com a força da gravidade, pois na descrição teórica desta, quando se utiliza uma teoria quântica surgem muitas inconsistências, grandezas que assumem valores infinitos, invalidando a teoria
Durante várias décadas, essas duas teorias só funcionavam nos próprios campos, o pequeno e o grande. Quando cientistas tentavam juntá-las - o que é indispensável, por exemplo, para entender o que se passa no centro de um buraco negro -, as equações se estilhaçavam.
Isso também por que a Teoria da Relatividade Geral, que descreve a força da gravidade, é uma teoria puramente clássica, que não tem nenhuma característica quântica (como função de onda, níveis discretos de energia, etc...). É uma teoria geométrica!
Também não existe uma teoria quântica da relatividade geral , Ai entra a :
“TEORIA DAS CORDAS”
A teoria das cordas diz que existe algo menor e mais fundamental: dentro dos quarks, da mais ínfima partícula subatômica, existe um filamento de energia que vibra como as cordas de um violino tais como fio dentais ou ligas elásticas (diminuídos trilhões de vezes) que fazem com que as partículas envolvidas na força nuclear forte pudessem se comunicar entre si. . Para essa suposição de existência de fios mínimos foi dado o nome de a Teoria das cordas que não é apenas uma teoria de força forte, é uma teoria quântica que inclui também a gravidade . A proposta da teoria é que cordas são ingredientes ultramicroscópicos que formam as partículas que, por sua vez, compõem os átomos. As cordas da teoria das cordas são tão pequenas — elas têm em média o comprimento da distância de Planck — que parecem ser pontos, mesmo quando observadas com os nossos melhores instrumentos.
Esta teoria propõe que toda a matéria e todas as forças provém de um único componente básico: cordas oscilantes.

..................................................................................................................................................................................................
Então como a teoria das cordas combina a relatividade geral e a física quântica
O problema existente entre a relatividade geral e a física quântica é que, enquanto a relatividade geral supunha que o tecido do espaço-tempo fosse suave e macio, a física acredita arduamente que o tecido do espaço-tempo, visto em escalas ultramicroscópicas, é imensamente agitado e frenético

Então, o que faz a teoria das cordas? Como para a teoria das cordas , são as cordas a unidade fundamental do nosso universo, e não mais partículas, não há sentido em examinar qualquer coisa que seja menor que uma corda, porque simplesmente, essa “coisa” não existe. Assim está sendo possível unir a Relatividade Geral com a Mecânica Quântica, construindo uma teoria única que engloba as 4 forças fundamentais. Tudo então seriam cordas, com comprimento da ordem de grandeza do comprimento de Plank, 10 elevado a -31. Ou seja, elétrons, prótons, nêutrons, muons, bottons, charms, neutrinos, os famosos QUARKS , todas as partículas subatômicas seriam na verdade cordas, até mesmos as partículas mensageiras, fótons, e até mesmo o gráviton, partícula mensageira da força gravitacional, peça faltante no modelo padrão. Com essa teoria, todas essas partículas tem uma descrição apropriada, porém, tudo isso deve estar em um espaço com mais dimensões, 10 ou 11 no total , na verdade 10 dimensões espaciais e uma Temporal . Essa é uma imposição matemática para a teoria ser conveniente .

E que não tem nada a ver com a nossa realidade material 3D
Portanto, como as cordas põem um limite dimensional no tamanho mínimo que qualquer coisa pode obter , aquela agitação quântica é imensamente reduzida e o tecido do espaço-tempo volta a ser mais suave e macio. Sendo assim, pelo menos em tese, já teríamos a teoria unificadora. Mas ainda há muitos problemas.
As cordas são minúsculas mesmo na escala das partículas subatômicas. Seria necessário aceleradores de partículas capazes de produzir choques a um nível de energia cerca de 1(um) milhão de bilhões de vezes maior do que o que hoje é atingido para comprovar diretamente que uma corda não é uma partícula puntiforme.
Embora as cordas tenham extensão espacial, a sua composição é desprovida de conteúdo. São elementares. Se as cordas fossem feitas de algo menor do que elas, então não seriam elementares. Elemento mínimo constituinte do universo. Como não há nada mais elementar, não se pode dizer que sejam compostas por nenhuma outra substância. É a última das numerosas camadas da subestrutura do mundo microscópico. Humanamente não conseguimos visualizar , perceber ou conceber algo sem materia , materia visivel , ou imaterial. Na dimensão convencional não entendemos um elemento que exista , seja o elemento elementar , mas não tem ponto de inicio ou fim . Ou o por que as cordas teriam de ser unidimensionais, isto é, com uma dimensão? Por que não com duas ou três? Foi descoberto que sim, as cordas podem ter até dez dimensões, porém para essas cordas que não tem uma dimensão, a nomenclatura muda e esses elementos passam a ser chamados de branas. Uma 2-brana tem duas dimensões, uma 3-brana tem três dimensões e assim por diante, até as 10-branas.

AS DIMENSÕES ADICIONAIS

Como na teoria das cordas são necessários mais dimensões , 10 ou 11 no total. Como teremos acesso a estas Dimensões adicionais , com aplicações diretas no mundo microscópico.
As dimensões adicionais deveriam ter uma forma específica para que sua influência sobre as cordas produzisse as partículas que hoje vemos em nosso universo. Sendo assim, essas dimensões adicionais deveriam ser formadas.
Mas não é tão fácil assim. Apesar de sabermos que as dimensões adicionais devem ter uma forma específica, como criar ,identificar ou ainda como detectar essas dimensões adicionais?
Mais dimensões significa um maior efeito gravitacional, e portanto as cordas teriam uma maior influência gravitacional. Mas até hoje ainda não se sabe o tamanho das dimensões adicionais.
Até hoje não foi comprovada a existência das dimensões extras previstas pela teoria das cordas. Porém, experimentos futuros no acelerador de partículas LHC poderão comprovar a existência dessas dimensões extras. Caso não seja comprovada, será necessária a construção de novos e mais aprimorados aceleradores de partículas. Se após diversos experimentos for constatada a inexistência das dimensões adicionais, a Teoria das Cordas sofrerá um grande impacto, visto que esta teoria só é compatível com a realidade caso haja as dimensões adicionais.
Por enquanto sabemos que as dimensões adicionais, se existirem, devem ser ultra-pequenas. O motivo, já sabemos: Se fossem grandes, então a sua presença seria sentida e saberíamos que não viveríamos em três dimensões, o que claramente não ocorre.
Porém, as branas , como visto acima , modificam essa ideia. As branas , além das cordas, são outros elementos que poderiam ser os elementares do universo, ou melhor, as p-branas , onde as cordas poderiam ter até dez dimensões, de 2-brana com duas dimensões, até as 10-branas .
Com a entrada das p-branas na teoria das cordas, as dimensões extras podem ser explicadas.
É o seguinte: Como uma 3-brana é composta por três dimensões, talvez isso possa significar que todo o nosso universo seja uma 3-brana. Desse modo, não há motivos para restringir a suposição de que não exista apenas uma 3-brana, mas sim duas. Na verdade podem existir infinitas branas das mais variadas dimensões. O fato essencial é que podemos estar vivendo em uma 3-brana e que exista em nossa vizinhança uma outra 3-brana, porém, não a percebemos pois a luz não pode se comunicar entre as branas. O motivo não nos interessa, mas uma breve explicação é que, assim como tudo o que existe, o composto fundamental da luz seriam as cordas. E, para a luz, as cordas vibrariam de tal maneira que não permitiriam que a luz saísse de uma brana para se comunicar com outra.

Com a gravidade, a história é outra. A gravidade poderia sim se comunicar entre as branas, fazendo com que a nossa única comunicação com outra brana (outro universo) fosse a gravidade! Esta poderia ser uma explicação para a matéria escura (A matéria escura compõe cerce de 25 % de nosso universo e é uma matéria que não emite luz, porém que exerce um efeito gravitacional ).


UMA VISÃO NO ESPELHO .

Existe ainda uma perspectiva completamente diferente que a teoria das cordas e a mais moderna Teoria M dá ao universo . Essa perspectiva contou com o desenvolvimento do físico Stephen Hawking, um dos maiores físicos da atualidade. Eis o que este e outros físicos descobriram: O universo em que vivemos pode não passar de um mero holograma. Isso mesmo! Isso significa que a nossa realidade pode não passar de um mero reflexo de um outro universo em que o seu verdadeiro “eu” está lendo este artigo. Eis um resumo do por quê: Stephen Hawking descobriu que a entropia (desordem ou inercia expansiva) de determinado ambiente não cresce segundo o seu volume, mas sim de acordo com a área. Portanto, não importa o volume que determinado ambiente tenha, o que importa é a sua área em termos de crescimento de entropia. Sendo assim, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, que diz que a entropia deve sempre aumentar, não há razões para crer que o volume do universo tenha de aumentar, mas sim somente a sua área. Então, por que o nosso universo tem volume? Ou melhor, por que vivemos em três dimensões e não em duas, como se fosse em uma tela de computador? Bem, talvez vivamos em duas dimensões e o nosso universo seja uma mera reflexão do que ocorre em um outro universo. Imagine dessa forma: Você está na frente de um espelho. Como sabemos, vivemos em três dimensões, porém, o espelho só tem duas (cima-baixo; direita-esquerda). Tudo o que você faz é refletido no espelho. Se você espirra, a sua imagem no espelho também espirra; Se você pisca, a imagem no espelho também pisca. Agora, imagine que você representa o nosso universo em três dimensões e o espelho o outro universo em duas dimensões (ou uma 2-brana). Tudo o que o universo em três dimensões faz o universo em duas dimensões também faz. Porém, segundo essa analise, o “comando” seria dado pelo universo em duas dimensões e nós, o universo em três dimensões (ou a 3-brana), apenas refletiríamos o comando.
Claro que essa área ainda está sob pesquisas, mas ainda não existem fatos fortes que contraponham especificamente essa teoria a ponto de descartá-la.


O BIG BANG

A teoria mais compatível com o início de nosso universo é a teoria do big bang. E que ela, apresentou um período de expansão espontânea que ocorreu em menos de um milionésimo de segundo após o big bang. Esse surto foi acrescentado ao modelo-padrão do big bang após a análise de campos de Higgs .
E o que a teoria das cordas tem a ver com isso?

Sabemos que provar a existência das cordas experimentalmente será um teste muito difícil. Somente aceleradores de partículas muito potentes poderiam fazê-lo. Tão potentes que talvez o ser humano nunca consiga construí-lo. Mas talvez exista uma outra forma.
Este período de expansão fez com que estruturas mínimas se tornassem gigantes estruturas. É como se você tivesse feito um ponto em um balão com uma canetinha e depois inflasse o balão. Mais cedo ou mais tarde o ponto duplicará, triplicará de tamanho. O mesmo parece ter acontecido com o universo durante este período . Mas, ao invés de duplicar ou triplicar de tamanho, as estruturas cresceram mais de trilhões de vezes.

É possível que esta expansão tenha “esticado” uma corda a ponto de ela ser vista a olho nu? E se sim, esta corda poderia ainda estar presente em nosso universo e ser vista até hoje? Humanamente e materialmente improvável , pois se avistássemos uma corda , imaginem a dimensão do resto ?

As duas questões permanecem sem uma resposta definitiva.


CONCLUSÕES SOBRE A TEORIA DAS CORDAS :

• Apresenta a corda como elementar básico da matéria , existindo no subestrutura do mundo microscópico.
• É uma teoria unificada que contém o modelo padrão das partículas elementares e a gravitação
• Prevê a existência de dimensões extras e supersimetria.
• Fornece alternativas à teoria do big bang.
• As bases teóricas ainda não estão completamente compreendidas
• Comprovações experimentais são praticamente impossíveis para a atual capacidade técnica humana.

A Teoria das cordas permanece não verificada. Ainda não foi possível realizar nenhum experimento em nenhuma das dimensões para identificar a factualidade desta teoria . Se for enfim experimentada, com a análise dos resultados é possível que encontremos a resposta para as maiores dúvidas sobre o universo.

--------------------------x---------------------------

...................................................................................................................................................................
Em tempo : Quanto mais investiga a Natureza, mais se convence o homem de que vive num reino de ondas transfiguradas em:
• Luz
• Eletricidade
• Calor
• E a Materia segundo o padrão vibratório em que se exprimam

Existem varios estudos tentando criar uma associação entre a Toria das Cordas , um estudo da área da Fisica com o Espiritismo , em função das citações da existência desta matéria elementar única , o elemento primitivo , a materia primitiva de todas as coisas da natureza ou o Fluido Cosmico Universal , etc , mas centraremos nossa discussão na área das possibilidades unicamente Fisicas , ou utilizem suas intuições .




....................................................................................................................................................................................................................................................



A TEORIA DAS CORDAS 2.

TÓPICOS PARA ESTUDO
FISICA CLASSICA E DISCUSSÕES ATUAIS , INCLUINDO O BOSSON DE HIGGS .


FISICA CLASSICA.
Modelo Padrão :



AS FORÇAS FUNDAMENTAIS:

Há quatro forças fundamentais dentro de todos os átomos, que determinam as interações entre as partículas individuais e o comportamento em larga escala, de toda a matéria no universo. Estas são a força nuclear forte, a força nuclear fraca, a força eletromagnética e a força de gravidade.

A GRAVIDADE

A Gravidade é uma força de atração que atua entre absolutamente todas as partículas no universo. É sempre atrativa, nunca repulsiva. Esta força junta a matéria, é responsável por você ter peso, por maçãs caírem das árvores, por manter a Lua na sua órbita à volta da Terra, os planetas confinados nas suas órbitas à volta do Sol, e por segurar galáxias em grupos.
A interação gravitacional é responsável pelas estruturas muito grandes, como as galáxias, sistemas planetários e estelares. Na experiência cotidiana, a interação gravitacional aparece como o peso dos corpos.
A interação entre dois corpos de massas M e m separadas por uma distância r, foi estudada por I. Newton e expressa em forma de equação pela primeira vez em 1687 como sendo dada pela força :

F=G M m/ r^2

onde G=6,67 x 10-11 N m2 /kg 2 é denominada constante da gravitação universal, e acredita-se que seja a mesma em qualquer parte do Universo.


A FORÇA ELETROMAGNÉTICA

A força eletromagnética determina as maneiras em que partículas com carga eléctrica interatuam umas com as outras, e com campos magnéticos. Esta força pode ser atrativa ou repulsiva. Cargas eléctricas com o mesmo sinal (duas positivas ou duas negativas) repelem-se; com sinais diferentes atraem-se. A força eletromagnética segura os elétrons [cargas negativas] nas suas orbitais, à volta do núcleo [carga positiva] do átomo. Esta força mantem os átomos em existência. A força eletromagnética controla o comportamento de partículas com carga eléctrica e de plasmas (um plasma é uma mistura de quantidades iguais de iões positivos e elétrons, negativos) como, por exemplo, em proeminências solares, laços coronais, luminancias, e outros tipos de atividade solar. A força eletromagnética também governa a emissão e absorção de luz e outras formas de radiação eletromagnética. Luz é emitida quando uma partícula com carga eléctrica é acelerada (por exemplo, quando um eléctron passa perto dum íon, ou interatua com um campo magnético) ou quando um eléctron desce dum nível de energia mais alto para um mais baixo, num átomo (duma 'órbita' afastada para uma 'órbita' próxima à volta do núcleo do átomo).
A interação eletromagnética é responsável pelas propriedades gerais dos átomos e das moléculas, dos sistemas em que átomos e moléculas aparecem agregados em líquidos e sólidos, e pelas propriedades químicas das substâncias. Na experiência cotidiana, a interação eletromagnética aparece como o atrito, a normal, a viscosidade e as forças elásticas.


A FORÇA NUCLEAR FORTE

A força nuclear forte une prótons e nêutrons para formar um núcleo atómico e proíbe a repulsão entre protões, carregados positivamente, evitando assim a sua dispersão. A interação nuclear forte entre prótons e nêutrons acredita-se que seja um vestígio duma outra força forte básica (que se chama a 'força de côr') que une os quarks em grupos de três para fazer protões e neutrões. Por causa da força forte unir as partículas nucleares com tanta adesão, dá-se uma libertação de quantidades enormes de energia quando núcleos leves são fundidos (reação de fusão nuclear) ou quando núcleos pesados são desfeitos (reação de fissão nuclear). A interação da força nuclear forte é a fonte básica das quantidades vastas de energia que são libertadas pelas reações nucleares que alimentam as estrelas.


A FORÇA NUCLEAR FRACA

A força nuclear fraca causa a degradação radioativa de certos núcleos atómicos. Em particular, esta força governa o processo chamado declínio beta no qual um nêutron divide-se espontaneamente num próton, um eléctron e um anti-neutrino. Se um nêutron dentro dum núcleo atómico decair deste modo, o núcleo emite um eléctron (doutro modo também conhecido como uma partícula beta) e o nêutron transforma-se num próton. Isto aumenta (por um) o número de prótons nesse núcleo, mudando assim o seu número atómico e transformando-o no núcleo dum elemento químico diferente. A força nuclear fraca é responsável por sintetizar elementos químicos diferentes no interior de estrelas e em explosões de supernovas, através de processos que envolvem a captura e decaimento de nêutrons. Um nêutron é estável (não é radioativo), e tem vida longa, quando confinado dentro do núcleo atómico. Uma vez que removido do núcleo atómico, um nêutron livre sofrerá decaímento beta, tipicamente em cerca de vinte minutos. O processo de decaimento beta, em reverso, ocorre nos interiores de estrelas em colapso de supernovas, quando prótons e nêutrons se fundem juntos para criarem as vastas quantidades de neutrões que abundam como produto final do colapso - uma estrela de neutrões.
A interação nuclear fraca ou, simplesmente, interação fraca, é responsável pela transformação espontânea de prótons em nêutrons (desintegração b positiva) e de nêutrons em prótons (desintegração b negativa).

...................................................................................................................................................................................................................................................

ASSIM :

As partículas descritas pelo modelo padrão constituem 4% do conteúdo do universo.
O universo foi gerado num big bang que ocorreu a cerca de 13.7 bilhões de anos atrás ?
O universo está em expansão ?
Radiação cósmica de fundo à temperatura de 2.7 K
Abundância dos elementos primordiais



Não há força gravitacional. A gravitação é devido a curvatura do espaço.
A matéria causa a curvatura do espaço.
A curvatura determina o movimento da matéria.
A curvatura determina todas as propriedades locais do espaço curvo.

Matéria comum: 4%
Materia escura 22% – produz efeitos gravitacionais
Energia escura 74% – expansão acelerada do universo
Assimetria matéria – anti-matéria
Constante cosmológica necessária para explicar a energia escura: 10􀀀120m4p ( mp = 1019GeV )
Constante cosmológica predita pela teoria quântica de campos:1m4p

................................................................................................................................................................


DISCUSSÕES ATUAIS :

Cordas abertas dão origem aos bósons de gauge: fótons, W, Z, ... e também descrevem versões mais gerais do modelo padrão das partículas elementares
Cordas fechadas dão origem a gravitação pois descrevem uma teoria de gravitação Quântica

A inclusão de férmions leva necessariamente à supersimetria
corda supersimétrica = SUPERCORDA
À cada bóson associamos um companheiro supersimétrico fermiônico
À cada férmion associamos um companheiro supersimétrico bosônico
elétron -> selétron; fóton -> fotino; quark -> squark; gráviton ->gravitino, ...
A supersimetria não se manifesta à baixas energias.

Novamente, as bases teóricas ainda não estão completamente Compreendidas.


O BOSSON DE HIGGS

1
Pesquisadores anunciaram ter identificado uma peça do quebra-cabeças da composição do Universo, ao observar a metamorfose de um neutrino.
O Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern), que abriga o Grande Colisor de Hádrons (LHC) informou que cientistas do laboratório italiano de Gran Sasso conseguiram detectar um tau neutrino no feixe de múon neutrinos transmitido através da crsota terrestre a partir do Cern, a 730 km de distância. A detecção significa que um dos neutrinos se transformou de um tipo para o outro, confirmando uma previsão teórica.
Com isso, os pesquisadores creem ter obtido a prova de que as três variedades de neutrino podem mudar de "sabor", como um camaleão troca de cor.
A descoberta é importante, dizem os cientistas, porque ajuda explicar por que os neutrinos emitidos pelo Sol parecem chegar à Terra em quantidades muito menores que as previstas pelo Modelo Padrão da Física de Partículas.
O fato de que os neutrinos mudam de tipo em trânsito sugere uma explicação para a falha dos cientistas em detectá-los. A mudança de sabor dos neutrinos sugere ainda que eles têm massa, o que pode ajudar a entender o que é a matéria escura que compõe 25% do Universo.
"Isto é realmente emocionante, porque mostra que há coisas além do Modelo Padrão", disse o porta-voz do Cern, James Gilles.
A busca por evidência concreta da matéria escura e do que a compõe é parte da missão do LHC, a maior ferramenta científica do mundo, que já começou a operar a pleno vapor .

2
Resultados apresentados por pesquisadores de física de partículas do Fermilab, nos Estados Unidos, impõem limites estritos à busca pelo bóson de Higgs, a partícula que seria responsável pela massa de toda a matéria do Universo. A descoberta do Higgs é uma das principais metas da ciência moderna e um dos objetivos fundamentais do LHC, o maior acelerador de partículas do mundo.
Experimentos realizados no Fermilab agora excluem a possibilidade de a partícula de Higgs ter uma massa entre 158 GeV e 175 GeV. As massas das partículas subatômicas são tradicionalmente dadas em unidades de energia, por conta da equivalência entre massa e energia, E=mc2. Para efeito de comparação, a massa do próton corresponde a pouco menos de 1 GeV.
Experimentos anteriores e limites impostos pelo Modelo Padrão de Partículas indicam que o Higgs deveria ter uma massa entre 114 GeV e 185 GeV. Os resultados do Fermilab eliminam cerca de 25% da faixa dada como possível em teoria.

O bóson de Higgs é a última partícula prevista pelo Modelo Padrão e também ainda não observada em experimentos.






Luis Fernando Matos dos Santos OUT2010 continua quando tivermos novidades sobre estes elementares
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------