Modelo-Padrão da Física de Partículas
O Modelo-Padrão é o nome dado a uma teoria física de 1970 que descreve as partículas elementares e a forma como elas interagem entre si. Esse modelo incorpora todas as partículas subatômicas conhecidas e sua adição mais recente ocorreu em 2012, com a confirmação experimental da existência do Bóson de Higgs. Ao todo, o Modelo-Padrão considera a existência de 17 partículas fundamentais, divididas em três categorias: bósons, quarks e léptons. Juntas, elas dão origem à matéria e a todos os tipos de interações existentes no Universo. Além disso, os quarks e os léptons também existem na natureza em forma de antipartículas, apresentando fundamentalmente o sinal de carga elétrica invertido em relação à matéria originária. O Modelo-Padrão pode ser dividido em dois grupos de partículas, os férmions e os bósons.
Férmions
Basicamente são os “tijolos” constituintes da matéria. Os férmions são partículas que possuem uma propriedade quântica chamada spin (uma espécie de momento angular quântico) de módulo semi-inteiro (½), sendo descritos pelo princípio de Exclusão de Pauli. Em outras palavras, dois férmions no mesmo nível de energia não podem apresentar os mesmos números quânticos ou ainda ocupar uma mesma posição do espaço no mesmo instante.
Os férmions mais “leves” (de menor massa) são chamados de léptons (do grego: “leve”), e os mais pesados, como os prótons, nêutrons e átomos, formados por estados de quarks ligados pela interação forte, são chamados de hádrons (do grego “forte”). Trios de quarks são chamados de bárions (prótons e nêutrons), e duplas de quarks são chamadas de mésons.
Os léptons incluem elétrons, múons e taúons. Essas partículas apresentam carga elétrica fundamental (e = 1,6.10-19 C) negativa e possuem massa. Os quarks também são léptons e são classificados em seis sabores: up, charm, top, down, strange e bottom. Apresentam carga elétrica fracionária, sendo positivas ou negativas, com um ou dois terços da carga fundamental. Outra classe de léptons são os neutrinos, de massa extremamente pequena e carga elétrica neutra. São divididos em neutrinos eletrônicos, tauônicos e muônicos.
Bósons
Bósons são as partículas responsáveis pela interação existente entre os férmions. Diferentemente deles, essas partículas não apresentam problema em ocupar o mesmo lugar no espaço e ao mesmo tempo. Apresentam spin inteiro, não possuem massa e podem apresentar carga elétrica. Os bósons são os glúons, fótons, bósons W e Z e o bóson de Higgs. Cada um deles é responsável pela mediação de um tipo de força da natureza. Os fótons, por exemplo são os responsáveis pela interação eletromagnética. Em razão de suas propriedades, é possível que um feixe de luz atravesse outro sem que haja qualquer colisão entre eles.
Os glúons, por sua vez, são os mediadores da interação forte, que mantém os quarks unidos, formando os mésons e os bárions. Os bósons W e Z são os responsáveis pela força eletrofraca, comum nos decaimentos beta. O bóson de Higgs, por sua vez, é a partícula responsável pela atribuição de massa aos férmions.