Uma introdução à Física de Partículas para o Ensino Médio: uma tradução adaptada do texto de Bettelli, Bianchi-Streit e Giacomelli

Abstract

Resumo Em 1992, Bettelli, Bianchi-Streit e Giacomelli disponibilizaram um importante texto sobre a Física de Partículas para um contexto educacional de escola básica, o Ensino Médio. Assim, neste artigo, é apresentada uma tradução comentada e adaptada desse texto, em que serão apresentados conceitos básicos para ensino e aprendizagem de Física de Partículas. Há também uma relevância histórica, porque apresenta a descoberta de algumas partículas e os princípios físicos envolvidos. As evidências das partículas novas e outras já conhecidas são fundamentadas na análise de fotografias de câmaras de bolhas, nas quais ficam registrados os eventos da física de altas energias. Nessas análises, foram utilizados conceitos e equações de Física Básica, Relatividade Restrita e Física Quântica, em especial os princípios de conservação. Desta forma, os professores e estudantes do Ensino Médio Brasileiro terão à disposição um interessante texto, com informações de fatos experimentais, para iniciar ou ampliar seu conhecimento sobre a Física Nuclear e de Partículas.

Modelo padrão: uma análise dos Livros Didáticos do PNLD para identificar conceitos relacionados a Física de Partículas Elementares

“…Essa teoria, também denominada de Física de Partículas Elementares (FPE), prediz que a matéria é feita de férmions e as interações fundamentais da natureza têm como responsáveis os bósons. Bósons e férmions formam 2 Saber científico ou sábio é o conhecimento construído no contexto da comunidade da científica, pelos cientistas, que quando transposto para o livro didático é reestrutura com linguagem adequado ao nível de ensino [11].…”

“…O processo de construção do conhecimento físico que subsidia o Modelo Padrão exigiu o desenvolvimento de novas tecnologias (a começar pelas câmeras de bolhas e de nuvens ao grande acelerador de partículas LHC -Large Hadron Collider -e seus detectores de partículas) e a utilização de uma física-matemática capaz de descrever o comportamento de partículas com velocidades próximas a velocidade da luz de dimensões quânticas e envolvendo altíssima energia. Schäffer, Schumacker e Orengo [11] apresentam uma importante discussão sobre a Física envolvida nesse modelo com vistas ao seu ensino no contexto do Ensino Médio, no qual o leitor encontrará elementos qualitativos e quantitativos que subsidiam a FPE e as propriedades das partículas. O leitor pode proceder com a leitura desse trabalho para conhecer com mais detalhes a fundamentação teórica que sustenta o Modelo Padrão.…”

Física de Partículas no ensino médio Parte I: Eletrodinâmica Quântica

“…Após ter formulado sua equação relativística para o elétron, Dirac notou que as soluções inevitavelmente continham, também, elétrons de energia negativa. O que parecia um problema foi transformado em um triunfo da teoria quando Dirac interpretou essas soluções como fenomenologicamente equivalentes a antielétrons, ou "elétrons" de carga positiva 24 . A corroboração experimental dessa predição foi feita por Anderson em 1932, ao observar partículas que, sob um campo magnético, curvavam-se como se tivessem a mesma massa do elétron, porém carga oposta.…”

“…Para um fóton virtual, o processo γ ↔ e + + e −é permitido. 24 Inicialmente Dirac relutou em propor a existência de uma nova partícula, e supôs que os "antielétrons" que apareciam como soluções de sua equação eram os prótons. A exorbitante diferença entre as massas do elétron e do próton logo desmentiu essa hipótese, e, para a sorte de Dirac, Anderson detectou o pósitron poucos anos depois, corroborando o sucesso da descrição do elétron por Dirac.…”

“…Os trabalhos existentes na literatura incluem sequências tópicas [18] e/ou voltadasà classificação das partículas elementares [19,20], materiais resumidos com orientações gerais voltadasà formação de professores nessa temática [21] e propostas de ensino investigativo, incluindo um livreto administrável aos estudantes [22]. Um material interessante, traduzido e comentado a partir de [23], e baseado em imagens de interações, criações e aniquilações de partículas em câmaras de bolhas, pode ser encontrado em [24]. Uma proposta que se assemelhaà nossa perspectiva de apresentação da Física de Partículas também enquanto construção histórico-social pode ser encontrada na ref.…”