Baixe Considerações sobre o ensino das partículas elementares na educação básica e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA MONOGRAFIA PARA LICENCIATURA EM FÍSICA MARCOS FERNANDO SOARES ALVES ATUALIZAÇÃO CURRICULAR E CIÊNCIA CONTEMPORÂNEA: CONSIDERAÇÕES SOBRE O ENSINO DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES NA EDUCAÇÃO BÁSICA Maringá-PR 2008 MARCOS FERNANDO SOARES ALVES ATUALIZAÇÃO CURRICULAR E CIÊNCIA CONTEMPORÂNEA: CONSIDERAÇÕES SOBRE O ENSINO DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES NA EDUCAÇÃO BÁSICA Monografia apresentada ao Departamento de Física da Universidade Estadual de Maringá como requisito parcial para a aprovação na disciplina de Monografia para Licenciatura em Física. Orientador: Prof. Dr. Luciano Gonsalves Costa. Maringá-PR 2008 AGRADECIMENTOS ____________________________________________________________ Primeiramente agradeço a Deus, que me concedeu a oportunidade de viver a fim de conquistar mais esta etapa. A Ele que me deu força, coragem e persistência para vencer todos os obstáculos durante os anos do curso. À minha família, pois sem ela não teria chegado até aqui. À minha mãe que sempre acreditou em mim e me incentivou na busca dos meus sonhos, fazendo o possível e o impossível para me ajudar a alcançá-los, mesmo com todas as dificuldades que enfrentamos ao longo desses anos. Ao meu pai pelo apoio e compreensão. A vocês que me ensinaram a ser um cidadão de bem, honesto e batalhador. À minha irmã pelas palavras de apoio durante os momentos mais difíceis e cansativos dessa caminhada e por ter estado sempre ao meu lado. Ao meu pequeno irmão, pelo carinho e amor, que foi também o responsável por me dar motivação para que continuasse em frente. Aos meus tios, Milton, Marta, Paula, Cidinha, aos primos, Cláudia e Dimas, e a todos os meus familiares pelo apoio e incentivo. Aos amigos, Jorge, Fábio, Marcelo, Rogério, Robson, Jeferson, pela amizade, pelas conversas e ensinamentos durante todo o curso. Ao Prof. Dr. Luciano Gonsalves Costa, pela orientação e ajuda prestada durante a realização desse trabalho. Aos professores do Departamento de Física da Universidade Estadual de Maringá, fundamentais para minha formação. E a todos aqueles que de uma forma ou de outra, me ensinaram a ser como sou e contribuíram para que pudesse chegar até aqui. iii “A coisa mais incompreensível a respeito do Universo é que ele é compreensível.” Albert Einstein iv RESUMO ____________________________________________________________ Este trabalho consiste numa revisão bibliográfica acerca da Física de Partículas, assunto hoje, tão veiculado pela mídia. A sua constituição segue um caráter cronológico desta área da ciência, iniciando com os pensamentos filosóficos acerca da origem do Universo e os elementos fundamentais da matéria; passando pelos modelos atômicos e seus desdobramentos; as pesquisas em raios cósmicos; o desenvolvimento e a utilização dos aceleradores de partículas; as teorias e suas confirmações ao longo da história da Física de Partículas; a busca incessante pela simetria; temas interessantes como o Projeto Manhattan; as classes pelas quais são organizadas as partículas, e por fim o Modelo Padrão. A Física de Partículas, assim como toda a ciência, mostra-se como um produto inacabado fruto da capacidade humana. Por isto é importante que o histórico do seu desenvolvimento seja conhecido para que seja possível compreender também, o desenvolvimento da humanidade. O que se propõe neste trabalho, é apresentar a Física não como disciplina exata e imutável, mas sim, como uma Ciência em constante progresso. A Física teve de “evoluir” para explicar certos fenômenos que teorias existentes não davam conta de explicar, porém, nada disto é de conhecimento dos alunos do Ensino Médio, que aprendem a Física de 1600 a 1850 aproximadamente. É aceitável que o currículo deste nível de ensino também deva evoluir para que os indivíduos formados pela Escola possam compreender melhor o mundo que os cercam. Esta área da Física, como tópico da Física Moderna e Contemporânea a ser inserida no Ensino Médio, é parte de estudos de diversos pesquisadores de ensino de Física no país e no exterior, o que buscam é desenvolver metodologias de aplicação, que por sinal, na literatura especializada, há poucos trabalhos neste sentido. Tendo em vista esses fatos, procurou-se neste trabalho apresentar o conhecimento gerado por estes pesquisadores em relação ao tema para o nível médio de ensino. Tanto as pesquisas em Física de Partículas quanto os estudos acerca da inserção do tópico no Ensino Médio, são assuntos que exigirão muito trabalho. Portanto, no decorrer desta monografia são apontadas justificativas para contribuir com o processo educacional e incentivar os professores deste nível de ensino a se encorajarem e aceitarem o desafio de abordarem tópicos atuais da Física em sala de aula. Palavras-chave: Física de Partículas; Física Moderna e Contemporânea; Ensino Médio. v 3.7 – Os aceleradores de Partículas ............................................................................. 19 3.7.1 – O gigante Europeu: LHC ............................................................................. 21 3.8 – Criação e aniquilamento de partículas ................................................................ 23 3.9 – Inúmeras outras descobertas ............................................................................... 23 3.10 – “Velhas e novas” leis de conservação e outras propriedades das partículas..... 25 3.10.1 – Conservação de energia ............................................................................. 25 3.10.2 – Conservação do momentum ....................................................................... 25 3.10.3 – Conservação da carga elétrica .................................................................... 26 3.10.4 – Conservação do número bariônico ............................................................ 26 3.10.5 – Conservação do número leptônico ............................................................. 27 3.10.6 – Regra da estranheza ................................................................................... 27 3.11 – As partículas “verdadeiramente” elementares: os quarks ................................. 28 4 - As partículas estão organizadas em grupos semelhantes ........................................... 31 4.1 – Os quarks e os léptons ........................................................................................ 31 4.2 – As partículas mediadoras .................................................................................... 32 4.3 – Os bárions e os mésons ....................................................................................... 35 4.4 – O Modelo Padrão ................................................................................................ 36 Capítulo II O Ensino de Física de Partículas na Educação Básica ............................................... 38 1 – O conhecimento acerca da Física de Partículas ..................................................... 38 2 – A legislação e o currículo escolar .......................................................................... 44 3 – A Física de Partículas no livro didático: exemplificação ...................................... 46 4 – Justificativas da escolha do tema “Partículas Elementares” .................................. 48 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................ 52 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 55 viii INTRODUÇÃO Uma das indagações que sempre rodeou o pensamento humano, até os dias de hoje, é sobre a origem do Universo e seus constituintes fundamentais. As primeiras preocupações documentadas dos homens eram encontrar o elemento fundamental da natureza (BASSALO, 1980b). As discussões acerca de quais seriam os “tijolos” básicos que compõem o Universo, iniciou-se com os filósofos gregos, denominados pré-socráticos. Foram estes filósofos, chamados de físicos gregos por Almeida (1983), quem introduziram o conceito de átomo, descrevendo a matéria como indivisível. A idéia do átomo como ente indivisível permaneceu até o começo do século XIX, e começou a mudar com as idéias de John Dalton, com o chamado atomismo científico. No entanto, foi em 1897 que o átomo foi “dividido” pelo físico inglês Joseph John Thomson, descobrindo assim o elétron, a primeira partícula elementar. A procura pelos elementos fundamentais do Universo, ou seja, as partículas elementares, fez surgir uma importante área da Física contemporânea: a Física de Partículas (atualmente, é mais empregado o termo Física de Altas Energias). No intuito de explicar a constituição do átomo, em 1898, Thomson propõe um modelo conhecido como “pudim de passas”, no entanto, este, tornou-se inconsistente e outros modelos foram, ao longo do tempo, sugeridos para dar lugar ao anterior, até chegar ao modelo atômico aceito atualmente. As buscas por partículas constituintes do átomo e as tentativas de explicar sua estabilidade colaboraram com o desenvolvimento da ciência e da Física de Partículas, foi a partir dessas investigações que novas teorias e novas partículas foram sendo sugeridas teoricamente, experimentalmente verificadas e descobertas ao longo da história da ciência. Como destaca Maddox (1999), por várias vezes, os cientistas pensaram haver encontrado partículas realmente elementares, até que novas descobertas mostravam que estavam enganados. Atualmente é aceito que os quarks e os elétrons são as partículas verdadeiramente elementares. Intuitivamente, elementar é toda partícula que tem um único constituinte (ABDALLA, 2005). As descobertas de partículas se davam a partir das pesquisas em raios cósmicos, até que começou-se a desenvolver a partir da década de 1930 os aceleradores de partículas, propiciando assim, que em pouco tempo, muitas outras partículas fossem detectadas experimentalmente. A Física Moderna precisou de mais de um século para descobrir, compreender e organizar “todas” as partículas fundamentais. Hoje o modelo que classifica as partículas 1 elementares é denominado Modelo Padrão, que descreve a matéria através dos quarks, dos léptons, das partículas mediadoras (bósons) e das interações fundamentais da natureza (força eletromagnética, força gravitacional, força fraca e força forte). A ciência e a tecnologia sempre andaram de mãos dadas, uma área constantemente contribui para o desenvolvimento da outra. Neste mundo contemporâneo do qual fazemos parte, é fundamental conhecermos os aspectos científicos da tecnologia que há ao nosso redor. E, nesse sentido, é preciso reconhecer a Física como tendo papel importante para este progresso. Os avanços tecnológicos têm despertado a atenção dos jovens, que passam também a dar mais atenção a temas relacionados à ciência de uma forma geral, e é na Escola que ele deve satisfazer tais curiosidades, no entanto, ela não tem proporcionado este caminho. Uma das funções da Escola é transmitir o conhecimento gerado pela humanidade (SIQUEIRA, 2006). Percebe-se assim, que o conhecimento transmitido pelo sistema de ensino, em relação à Física, é apenas o desenvolvido entre 1600 e 1850 aproximadamente, ou seja, o que os estudantes aprendem é somente a Física Clássica, estando ausentes os conteúdos da Física Moderna e Contemporânea (TERRAZZAN, 1992). Para que possa ser dado ao estudante uma formação geral, que permita a ele adquirir conhecimentos básicos e uma preparação científica como sugerem os Parâmetros que regem o ensino, a ponto de compreender o mundo tecnológico que os cercam, é essencial que temas da Física Moderna e Contemporânea (FMC) sejam ensinados no Ensino Médio. É, portanto necessário que haja uma reformulação no currículo de Física atualmente trabalhado nas Escolas. Preocupações acerca da desatualização do currículo escolar têm sido causa de diversas pesquisas, a nível nacional e internacional, para pesquisadores de ensino de Física. Eles têm demonstrado a urgência necessidade da inserção de tópicos de FMC no nível médio de ensino, apresentando resultados e justificativas que apontam para esse caminho. Neste trabalho são apresentados os conceitos, as teorias, os modelos e as descobertas ao longo da história da Física de Partículas, a abordagem que é feita trata o tópico apenas qualitativamente, ou seja, procura levar a compreensão desta área sem a necessidade do uso da linguagem Matemática. Isso com o intuito de que seja possível perceber o desenvolvimento da Física como fruto da capacidade humana. Descreve-se ainda, as pesquisas e o conhecimento gerado pelos pesquisadores de ensino de Física a respeito da FMC, e os trabalhos realizados para que tópicos como este faça realmente parte do currículo do Ensino Médio. 2 existisse matéria, se tudo estivesse cheio, não haveria como algo se mover no espaço. Lucrécio concebia os átomos como infinitos em números e que possuíam diferentes formas e tamanhos, as partículas semelhantes se uniriam para formar aquilo que conhecemos juntamente com o vazio. De acordo com Almeida (1983), as principais características da teoria atômica grega podem ser encontradas em um poema composto em 57 a.C. por Lucrécio Carus (95 - 55 a.C.), denominado “De Rerum Natura”, que sumarizando são: Átomos são extremamente pequenos, indivisíveis, partículas imutáveis que não podem ser criadas nem destruídas; embora construam algumas substâncias comuns, átomos diferem em forma, tamanho e peso; o espaço entre os átomos é vazio (um vácuo); os átomos ficam juntos em corpos por ligações mecânicas e assim produzem a variedade infinita do mundo material; a densidade de um corpo é uma relação inversa da quantidade de espaço vazio entre os átomos; átomos estão em movimento perpétuo que persiste por ele mesmo (Ibid., p. 57). Segundo Martins (1994), a filosofia atomista rompe com a visão de mundo que era aceita na época, tirando o homem e a terra do centro do universo2. Acaba também por agregar uma filosofia materialista até mesmo nas bases religiosas, já que os atomistas afirmavam que a alma era também constituída de átomos, caso contrário ela não poderia agir sobre o corpo e nem sofrer efeitos do corpo. Para estes, já não havia mais o porquê ter medo dos mitos sobre os deuses, pois tudo ocorre apenas pela união e separação dos átomos, tudo é produzido de um modo natural. 1.2 – A concepção do Universo fora da Grécia Não se pode pensar que apenas os gregos buscavam respostas sobre a constituição do Universo. Na Índia, os hindus tinham a concepção de que os elementos primordiais se ligavam aos sentidos: ar-tato, fogo-visão, água-paladar e éter-audição. Segundo Bassalo (1980b), Kanada (filósofo hindu) acreditava que além dos quatro elementos gregos, eram necessários outros quatro: tempo, espaço, alma e manas (o qual transmitia os sentidos à alma). Observa-se o caráter religioso deste povo, afirmando que a alma também era um elemento, pois, todo ser vivo possuía uma alma. Já na China, Tsou Yen (360-260 a.C.), tinha como elementos básicos a água, a madeira, o fogo, o metal e a terra. 2 Foi a partir de Copérnico (1543), com a substituição do sistema geocêntrico pelo heliocêntrico, que o homem deixou de estar no centro do Universo. Não encontramos evidências de que Copérnico seguia a filosofia atomista. 5 2 – Um breve histórico das descobertas realizadas até a década de 1930 2.1 – O desenvolvimento das idéias atomistas Durante o período medieval as idéias atomistas não foram aceitas e ficaram praticamente abandonadas. Já no início da era moderna os pensadores começam a ousar e a dar mais valor nas Ciências Naturais, com os trabalhos de Copérnico (1473-1543), Galileu (1564-1642) e Newton (1642-1727). Segundo Ostermann (1999), particularmente Newton aceita o atomismo sem questionar a origem ou a composição do átomo, preocupando-se na interação que há pela qual matéria atrai matéria. A concepção da matéria formada apenas por uma partícula indivisível: o átomo, inicialmente como resultado especulativo, permaneceu da Grécia Antiga até o final do século XVIII e início do século XIX quando surgiu o atomismo científico (BASSALO, 1980b). Foi o químico inglês John Dalton (1766-1844) quem primeiro utilizou a palavra átomo para fundamentar uma teoria científica3. Para ele os átomos eram esferas maciças, invisíveis e neutras e, para um mesmo elemento, eram idênticos em massa, forma e outras propriedades, podendo reunir vários átomos a fim de formar um átomo composto. Foi também Dalton quem elaborou o primeiro modelo científico. Mas, foi em 1897 que o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) quem “separou” o átomo, pois ao descobrir o elétron a primeira partícula elementar encontrada, concluiu que o átomo não era indivisível. De acordo com Siqueira (2006), o primeiro a distinguir átomo de molécula foi o filósofo e matemático francês Pierre Gassendi (1592-1655) no livro que publicou em 1647. Ainda segundo Siqueira (2006), a distinção oficial foi estabelecida no 1º Congresso Internacional de Química, em 04 de setembro de 1860. Porém, alguns autores parecem discordar desta afirmação. Muitos foram os trabalhos que contribuíram para o estabelecimento dos conceitos dos átomos e moléculas, em relação a isto, “a situação estava longe de uma solução mesmo em 1860 durante o congresso de Química realizado em Karlsruhe – provavelmente a primeira conferência internacional realizada” (CASTILHO, 2003, p. 364). Para Gassendi os átomos, nos corpos, se reúnem em grupos denominado de moléculas (diminutivo do latim moles, que significa massa ou quantidade de matéria) e, ainda, parecia propor que o átomo seria uma parte real da substância, porém, invisível e indivisível. A primeira tabela periódica foi editada em 1789 e elaborada pelo químico francês Antoine Lauren Lavoisier (1743-1794) contendo 30 elementos, este trabalho também foi 3 Em 1808, John Dalton publica New Systems of Chemical Philosophy iniciando o atomismo científico. 6 importante para o desenvolvimento dos conceitos que envolviam o átomo e as moléculas. Para esta finalidade, foram ainda importantes os trabalhos de outros cientistas como o químico francês Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), ao propor em 1809, a lei segundo a qual a combinação de gases era decorrente de uma proporção múltipla entre os volumes e não entre os pesos dos componentes. E do físico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), em 1811, ao formular a hipótese de que nas mesmas condições de pressão, temperatura, volumes iguais de gases contém o mesmo número de moléculas; isto se deu ao fazer a distinção entre átomos e moléculas (conjunto de átomos). As hipóteses de Avogadro não foram levadas em conta pelos maiores químicos da época. No entanto, em 1858 utilizando a lei de Gay-Lussac e a hipótese de Avogadro, o químico italiano Stanislao Canizarro (1826-1910) estabeleceu a tabela dos pesos atômicos e moléculas de diversos gases, levando com isso os químicos a procurarem uma relação entre os pesos atômicos e as propriedades físico-químicas dos elementos (BASSALO, 1980b). Foi em 1869 que o químico russo Dimitri Ivanovich Mendeleev4 (1834-1907), e o químico alemão Julius Lothar Meyer (1830-1895) em 1870, independentemente, chegaram à classificação periódica dos elementos, listando-os do mais leve, hidrogênio, até o elemento mais pesado conhecido da época, o urânio. Essa tabela continha no total 63 elementos5 e relacionava o peso atômico com suas propriedades. Através da tabela periódica e da semelhança que os elementos apresentavam entre si, Mendeleev pode prever a existência de outros elementos químicos, sendo estes descobertos posteriormente. Além das hipóteses levantadas sobre o que eram os átomos, as moléculas e das tentativas de organizarem os elementos, também havia cientistas interessados em descobrir o tamanho dos átomos. Em 1866, Johan Joseph Loschmidt (1821-1895) calculou o diâmetro da “molécula do ar” como sendo em torno de milionésimo de milímetro. Já em 1870, o físico irlandês Lord Willian Thonsom Kelvin (1824-1907) avaliou a molécula do hidrogênio como medindo aproximadamente 6 × 10-8 cm; neste mesmo ano van der Waals (1837-1923) encontrou um valor semelhante. Por volta de 1880 o tamanho da molécula de hidrogênio e das demais componentes do ar situava-se em torno de 1 a 2 × 10 -8 cm, tomando os valores aceitos hoje (2,0 × 10 -8 cm para o diâmetro efetivo do átomo de hidrogênio, 0,7 × 10 -8 cm para a distância entre os núcleos numa molécula de hidrogênio), os valores encontrados são razoáveis. 4 Alguns autores escrevem Mendeleiev. 5 Hoje, a tabela atômica possui mais de 100 elementos químicos, dispostos em linhas e colunas e separados por grupos ou famílias. 7 Rutherford ocupa um grande volume quando comparado ao núcleo, que concentra quase toda a matéria, sendo assim praticamente vazio. Porém, o modelo de Rutherford não estava totalmente de acordo com os conceitos físicos já conhecidos na época. Esse modelo “desobedecia” a teoria da eletrodinâmica clássica formada pelo físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), pela qual cargas elétricas aceleradas irradiam energia, cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinal contrário se atraem. Então, devida a órbita seguida pelos elétrons no átomo e a aceleração centrípeta que os mantém nessa órbita, perderiam energia por irradiação e tenderiam a cair no núcleo (BASSALO, 1980a). E ainda, o núcleo era composto de partículas positivas e extremamente denso. Dessa maneira, deveria haver uma força de repulsão eletrostática. Enfim, o átomo de Rutherford não era estável. Em 1913 o físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr (1885-1962), constatou que a concepção quântica de Planck era a base de toda a Física Atômica (LOPES, 2004). Foi ele quem explicou a estabilidade do átomo de Rutherford. Bohr postulou que os elétrons só poderiam descrever um número discreto de órbitas circulares (estados de energia), sob influência da atração coulombiana entre o elétron e o próton, e se movendo em órbitas permitidas não emitem energia, apesar de estarem constantemente acelerados (EISBERG e RESNICK, 1979). No intuito de manter a energia total constante, o elétron pode “saltar” de uma orbita a outra emitindo ou absorvendo radiação. O átomo de Bohr pode absorver apenas quantidades discretas de energia da radiação eletromagnética incidente (EISBERG e RESNICK, 1979). De acordo com Lopes (2005), Bohr utilizou-se da idéia de quantização da energia proposta por Planck em 1900, no estudo da radiação de corpo negro, e também das concepções de Einstein, em 1905, no qual a luz se propaga concentrada em corpúsculos com energia proporcional à sua freqüência (E = h ν, onde h é denominada constante de Planck e possui um valor aproximado de 6,63×10-34 joule.s), os fótons ou quanta de luz (“pacotes” de energia). Bohr conseguiu explicar a estabilidade do átomo, porém, algumas questões a respeito da estabilidade do núcleo começaram a inquietar os físicos da época. Segundo Bassalo (1980a), antes mesmo da década de 1920 havia alguns cientistas que acreditavam que no interior do núcleo existiam elétrons “grudados” aos prótons, dessa maneira, os elétrons neutralizariam os prótons impedindo a repulsão coulombiana entre eles. Devido ao fato da energia eletrostática de ligação entre prótons e elétrons ser insuficiente, esta idéia era inconsistente. Poderia então, o átomo ter mais constituintes em sua estrutura além do próton e 10 do elétron, pelo qual fosse possível explicar a estabilidade do núcleo? “Por volta de 1920, havia a suspeita de que um objeto neutro (com a mesma massa do próton) fazia também parte do átomo” (OSTERMANN, 1999, p. 420). Fato esse evidenciado em 1932 com a descoberta do nêutron. A estabilidade do núcleo só foi explicada em 1935 com a teoria das forças nucleares desenvolvida pelo físico japonês Hideki Yukawa (1907-1981). 2.4 – O desenvolvimento da Mecânica Quântica Segundo Lopes (2004), entre 1913 a 1925, busca-se aperfeiçoar as teorias de Bohr e estendê-la a todos os sistemas atômicos. O próprio Bohr afirmava freqüentemente que suas idéias tinham caráter provisório e que as concepções Físicas da época necessitavam de uma reforma para que fosse possível a construção de uma mecânica atômica consistente. A mecânica quântica nasce diante da incapacidade da Física Clássica em explicar certos fenômenos físicos, tais como a estabilidade atômica. De acordo com Ostermann (1999), o aprofundamento das idéias de Bohr sobre a quantização da energia dos elétrons nos átomos culmina, a partir de 1928, na chamada Teoria Quântica Moderna. No entanto, a teoria quântica deu seus primeiros passos com Planck, em 1900. A formulação da Mecânica Quântica surge com as investigações dos físicos Werner Karl Heisenberg (1901-1976), Erwin Schrödinger (1887-1961), Louis De Broglie (1892- 1987), entre outros. Esta área da Física envolve uma série de conceitos e equações matemáticas, que não caberiam ser colocadas neste trabalho, mas há algumas conseqüências que merecem ser mencionadas: foi o desenvolvimento desta teoria que proporcionou uma compreensão mais profunda, por exemplo, da dualidade onda-partícula, das propriedades das partículas elementares e da estrutura atômica. 2.4.1 – O Princípio de Exclusão de Pauli Proposto pelo físico norte americano Wolfgang Pauli Junior (1900-1958) em 1925, o Princípio da Exclusão de Pauli afirma que dois elétrons não podem ocupar o mesmo estado de energia. Ele acrescentou aos três números quânticos (n, l, e m) decorrentes da teoria de Bohr- Sommerfeld, um quarto número quântico, chamado de spin. Portanto, de acordo com Pauli, dois elétrons só poderiam coexistir em um mesmo subnível energético, se tivessem ao menos um dos quatro números quânticos diferentes. Dessa maneira, a estrutura atômica dos elementos ficou perfeitamente explicada (BASSALO, 1980a). Mais tarde, o spin foi 11 interpretado como um momento angular intrínseco, podendo ser atribuídos a ele valores inteiros e semi-inteiros. O Principio de Pauli foi importante para as descobertas de outras partículas, pois muitas das partículas arranjadas no Modelo Padrão9 obedecem a este princípio. 3 – Novas descobertas e algumas curiosidades 3.1 – O Neutrino Na década de 1920, um problema atormentava os físicos. No decaimento beta (β) os elétrons emitidos dos núcleos atômicos não assumiam valores bem definidos como era o esperado, ao contrário, a energia emitida desses elétrons podia variar de zero até altos valores. Neste decaimento, o número total de prótons não é conservado, e nem o número de nêutrons. Isto levava a pensar que a conservação da energia não seria válida para todos os casos. “Em um ato de ‘desespero’, Bohr sugeriu que as conservações de energia e momento linear, não seriam válidas para o mundo microscópico” (SIQUEIRA, 2006, p. 41-42). Para tentar explicar este problema, Pauli em 1931, sugeriu a existência de uma partícula sem carga, com massa praticamente nula e fracamente interagente com a matéria, essa partícula seria emitida juntamente com o elétron no decaimento β. Com estas propriedades as partículas propostas por Pauli dificilmente seriam detectadas, e seriam as responsáveis por carregar a energia faltante ao elétron, não sendo assim necessário alterar os teoremas da conservação de energia. Em 1931, o físico italiano Enrico Fermi (1901-1954) chamou esta partícula de neutrino (em italiano, pequeno nêutron), sendo representada por ν. A existência do neutrino foi totalmente aceito por volta da década de 1950, pelo fato de que se observou que a energia só era conservada no decaimento β se considerasse o neutrino fazendo parte do processo. Após árduo trabalho, a descoberta experimental do neutrino só ocorreu em 1956 no reator nuclear Savannah River, na Carolina do Sul, Estados Unidos. 3.2 – O Pósitron A descoberta do pósitron está associada à idéia de que para cada partícula (matéria) há uma antipartícula (antimatéria) associada, possuindo a mesma massa e carga elétrica contrária à da partícula. 9 O Modelo Padrão que ainda será apresentado neste trabalho, consiste na organização das partículas elementares. Esse modelo é formado por seis quarks, seis léptons e as partículas mediadoras. 12 dado neste sentido pela unificação das interações eletromagnética e fraca, chamada de força eletrofraca11. 3.4.1 – Força gravitacional Qualquer corpo que possua massa sofre a ação da força gravitacional; como ao seu redor é criado um campo gravitacional, eles se atraem mutuamente. No Universo é esta a força que rege todos os movimentos dos corpos celestes, e quanto maior a distância entre os corpos, menor é a intensidade da interação gravitacional entre eles, pois, essa intensidade diminui com a distância. Sua ação é relevante apenas para corpos de massa muito grande, pois sua intensidade é baixa. A força gravitacional tem ação a distância e teoricamente possui uma partícula mediadora chamada de gráviton. Porém, de todas as partículas mediadoras esta é a única que ainda não foi detectada experimentalmente (MOREIRA, 2004). 3.4.2 – Força eletromagnética A força eletromagnética envolve corpos com cargas elétricas e, assim como a força gravitacional, tem ação a distância. É ela, a interação responsável por elétrons (partículas com carga negativa) girarem ao redor do núcleo atômico (positivo), permitindo assim, que os átomos sejam formados. A partícula mediadora da força eletromagnética, denominada de fóton, não possui carga e nem massa. 3.4.3 – Força forte Segundo Bassalo (1981), em 1935 Yukawa sugeriu que os núcleons (nome coletivo para prótons e nêutrons) se ligassem ao núcleo por uma nova força da natureza, porém de curto alcance e muito forte e que seria análoga à força eletromagnética; essa nova força ficou conhecida como interação forte. A força forte ou força nuclear forte é a mais forte no âmbito das partículas elementares e mantém juntos prótons e nêutrons no núcleo atômico (MOREIRA, 2004). Como sugerido por Yukawa, a atuação desta força é de curto alcance (restrita a dimensões de 10-15 m), com distâncias menores que o raio do núcleo atômico. 11 Neste trabalho não será apresentado o conceito desta teoria, eletrofraca, ficando apenas citado a sua existência. 15 De acordo com Ostermann (1999), o núcleo só é estável pela ação da força forte, pois se não fosse assim, a força eletromagnética de repulsão que age entre os prótons no interior do núcleo, causaria seu rompimento. A partícula mediadora da força forte é o glúon. 3.4.4 – Força fraca A força fraca ou força nuclear fraca é assim denominada porque é fraca em intensidade se comparada à forte (OSTERMANN, 1999). Esta força atua também dentro do núcleo e é responsável pelo decaimento β. As partículas mediadoras da força fraca são: W+, W- e Z0. Estas partículas mediadoras possuem massa quase cem vezes maior que a massa do próton, limitando assim a ação da força fraca, que é da ordem de 10-17 m. A intensidade relativa a cada força fundamental pode ser determinada, e possuem os seguintes valores: A intensidade relativa das quatro forças é indicada pela força aproximada, em newtons, entre dois prótons colocados a uma distância de 10-15 metros entre si. Eles têm de ficar assim próximos, para que as forças fraca e forte (indireta), que têm alcance muito restrito, tenham a possibilidade de mostrar sua intensidade: gravidade, 10-34; força fraca, 10-10; força eletromagnética, 10; força forte, 103 (SILVER, 2003, p. 599). 3.5 – Os múons, os píons e a estabilidade do núcleo Em 1935, Yukawa tentou explicar as forças que mantinham o núcleo atômico coeso, sabendo que os fótons eram as partículas mediadoras da interação eletromagnética. Por analogia, imaginou que as forças nucleares também deveriam ser mediadas por uma partícula até então desconhecida, porém, diferentemente do fóton estas deveriam possuir massa e carga elétrica. Yukawa chegou a estimá-la como sendo da ordem de 200 vezes a massa do elétron12 (BASSALO, 1981). A estas partículas foi dado o nome de méson (em grego, intermediária), e que, segundo Yukawa, se apresentariam em três formas: positivo, negativo e neutro. A primeira evidência sobre a existência de partículas com esta massa se deu em 1936, com os físicos norte-americanos Anderson e Seth Henry Neddermeyer (1907-1988), através de estudos com raios cósmicos. A partícula observada por eles possuíam uma massa intermediária entre a do próton e a do nêutron, conforme previsto por Yukawa. Porém, estas 12 A massa de repouso do elétron é de 0,5 MeV/c². Portanto, Yukawa previa que a massa dos píons seria da ordem de 100 MeV/c². 16 partículas não eram exatamente as previstas por Yukawa, e foi sugerido que deveriam existir duas espécies de mésons, os de Anderson e os de Yukawa (BASSALO, 1981). O méson descoberto por Anderson foi chamado de méson (μ) que mais tarde passou a ser conhecido como múon sendo representado por μ. O méson μ ou múon possui duas cargas elétricas possíveis (μ+ e μ-). A partícula mediadora da interação nuclear entre prótons e nêutrons prevista por Yukawa foi descoberta em 1947 pelo físico brasileiro Cesare Mansueto Giulio Lattes (1924- 2005) e pelo físico inglês Cecil Frank Powell (1903-1969), ao fazerem observações sobre raios cósmicos com emulsões nucleares fotográficas expostas a 5220 metros de altitude no Laboratório de Física Cósmica em Chacaltaya, próximo a La Paz na Bolívia; detectaram rastros que concluíram serem os mésons (π) de Yukawa. Hoje, estas partículas são chamadas de píon e são representadas por π. Segundo Moreira (2007), os mésons π+ e π– foram produzidos em aceleradores de partículas em 1948 na Universidade de Berkeley, e o méson π0 foi produzido em 1950 também com experimentos de colisões de partículas em aceleradores. Os píons são partículas instáveis, sendo assim, “vivem” por um pequeno intervalo de tempo e posteriormente decaem em outras partículas. Os píons com carga positiva (+1) e negativa (-1) possuem um tempo de vida em torno de 10-8 segundos, e o píon neutro da ordem de 10-16 segundos. De acordo com Ostermann (1999), os píons agem no sentido de intermediarem a troca de partículas entre os núcleons, não sendo os verdadeiros mediadores da força forte entre os prótons e os nêutrons; as partículas mediadoras são os glúons. E é por isto que atualmente a força forte é subdividida em fundamental e residual. A hipótese de Yukawa previa que a partícula mediadora (píon) poderia ser emitida por um nêutron e absorvido por um próton, ou vice e versa, fazendo assim com que o nêutron e o próton exercessem força um sobre o outro, a chamada força forte (MOREIRA, 2004). De acordo com Eisberg e Resnick (1979), Yukawa propôs que um núcleon freqüentemente emitisse uma partícula (o píon), e a troca desta partícula entre os núcleos daria origem a força nuclear. As descobertas experimentais a partir das hipóteses levantadas por Yukawa permitiu a verificação de sua teoria, e também de que a força nuclear (forte) seria então a responsável pela estabilidade do núcleo. 17 detecção de diversas partículas propostas teoricamente, algumas delas elementares e outras não. É por meio destas engenhosidades que os pesquisadores se empenham em encontrar partículas previstas teoricamente, mas que até o momento não foram detectadas experimentalmente. Portanto, o homem contemporâneo, assim como os pré-socráticos, busca respostas para a constituição do Universo. Ao longo dos séculos surgiram muitas indagações e diversas respostas vêm sendo sugeridas e confirmadas ao longo do tempo, no entanto, como dito anteriormente, há perguntas ainda sem respostas, mas que podem não tardar a surgir. Apesar dos raios cósmicos terem propiciado o desenvolvimento da Física de Partículas e a descoberta de matéria, tais como os pósitrons e os múons, e bombardearem a terra com dezenas destes corpúsculos a cada segundo, eles não permitiam o pleno controle das partículas incidentes. Então, viu-se a necessidade de construir equipamentos capazes de permitir a colisão de matéria de forma controlada, pois se sabia que ao colidir matéria com força suficiente era possível desfragmentá-la, gerando assim novas partículas. Maddox (1999) relata o inicio deste empreendimento humano: Na década de 1930, tanto na Europa quanto nos Estados Unidos, os cientistas começaram a projetar máquinas capazes de acelerar partículas, tanto elétrons como prótons, e usá-las para bombardear os núcleos de átomos, induzindo transformações nucleares (Ibid., p. 69). Um acelerador é um tubo de vácuo, no qual é possível acelerar uma variedade de projéteis (partículas) a velocidades altíssimas, muito próximas à velocidade da luz (c), e depois levadas a colidirem frontalmente com outras que se movimentam na direção oposta. Viajando a velocidades tão altas é necessário levar em conta a teoria da relatividade, assim as partículas possuem um significativo aumento de massa. Os aceleradores podem ser lineares e circulares. O primeiro acelerador linear empregado na investigação do núcleo foi o multiplicador de voltagem construído em 1930; com este equipamento conseguiram acelerar prótons. O primeiro acelerador circular construído foi o cíclotron (acelerador de prótons) em 1932, em Berkeley, Califórnia. Neste acelerador os projéteis são acelerados por um campo elétrico, e após adquirir a energia necessária, ele é dirigido para o alvo que se quer bombardear. O cíclotron foi desenvolvido pelos físicos norte-americanos Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) e Milton Stanley Livingston (1905-1986) e foi capaz de produzir prótons de 4 Mev. 20 Segundo Bassalo (1983), quando no cíclotron eram utilizados elétrons na aceleração, surgia uma grande dificuldade: à medida que a velocidade dos elétrons aumentava a massa destas partículas também aumentavam, conforme indica a teoria da relatividade, fazendo com que a sua freqüência ficasse defasada em relação à freqüência do campo elétrico oscilante. Para resolver este problema construiu-se em 1940 o betatron, nele os elétrons eram acelerados em uma trajetória circular fixa, e o aumento da massa relativística era compensado pela variação do campo magnético. Mas o betatron, devido ao efeito relativístico, possuía limitações. Então, em 1947 construiu-se o primeiro sincrocicloton aplicando um princípio conhecido como estabilizador de fase14. Nas décadas posteriores à construção dos primeiros aceleradores de partículas, a tecnologia progrediu de forma considerável. Hoje em dia existem aceleradores de partículas em diversos países. O incentivo às construções destes equipamentos se deu principalmente a partir do final da Segunda Guerra Mundial, gerado pela competição científica entre países como os EUA, a União Soviética (Rússia), países da Europa e o Japão. O Brasil também possui um acelerador de partículas localizado no Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS), em Campinas (SP), sendo este o único do gênero na América Latina. A construção de tais máquinas cada vez mais potentes são extremamente dispendiosas. Segundo Maddox (1999), em 1995 o congresso norte-americano não aprovou verbas de nove bilhões de dólares para que se desse continuidade na construção de um acelerador de partículas denominado Superconducting Super-Collider (SSC) no Texas, este que seria o maior acelerador do mundo deveria ter um túnel circular de 86 quilômetros de circunferência. Hoje, o maior acelerador de partículas e já em fase de acabamento é o chamado Large Hadron Collider (LHC), localizado na fronteira entre a Suíça e a França onde está o laboratório que abriga o Centro Europeu de Pesquisas Nucleares mais conhecido pela sigla CERN. 3.7.1 – O gigante Europeu: LHC Após quase duas décadas de planejamento o LHC iniciou suas atividades experimentais no dia 10 de setembro de 2008 apenas para validação de todos os sistemas que o compõem, pois os testes efetivos se darão a partir de 2009. Os físicos irão recriar as condições 14 Princípio segundo o qual a freqüência de um campo elétrico oscilante em um ciclotron era sincronizada com a freqüência da partícula acelerada em uma dada órbita. 21 imediatamente após o big bang (explosão que supostamente deu origem ao universo) através da colisão frontal de matéria com alta energia. A cada segundo, um feixe de prótons, viajando com velocidade próxima à da luz no vácuo (c ≅ 3×108 m/s), irá atravessar outro feixe com as mesmas características vindo em direção oposta, produzindo assim diversas outras partículas. Para se ter idéia da grandiosidade desta máquina, o LHC será dez vezes mais energético que o Tévatron, maior acelerador de prótons em atividade do mundo, localizado no Laboratório Fermi (Fermilab) nos Estados Unidos. E ainda poderá funcionar com cerca de 100 vezes mais prótons circulando no anel que o Fermilab. Quando as partículas (prótons) atingirem o máximo de energia, a cada segundo completarão mais de 11 mil voltas no anel de 27 quilômetros. Para que atinjam tamanha energia são usados imãs supercondutores que fazem com que o feixe de prótons siga a trajetória circular do anel. Esses equipamentos funcionam bem a baixas temperaturas e para isso serão resfriados a 271,25ºC negativos. O LHC possui aproximadamente 27 quilômetros de circunferência e está a 100 metros abaixo da superfície. É dotado de diversos detectores para que no momento da colisão possam “capturar” e selecionar as informações de que os físicos tanto almejam. Os detectores são: Alice, LHCb, Atlas e CMS. De todos os detectores o Atlas é o maior e, assim como o CMS, a sua construção se deu para determinar a existência (ou não) do bóson de Higgs, além de terem outras finalidades. Este complexo instrumento científico é um projeto com colaboração internacional, fazem parte 20 países-membros todos da Europa, 8 países-observadores e ainda diversos países colaboradores, entre eles o Brasil. Para a sua execução, iniciada em 1993, já foram consumidos em torno de US$ 6 bilhões. Terá valido a pena ter gasto um valor tão grande assim nesta área da Física? Há discordâncias nesta questão, mas o que resta é aguardar os resultados que ele poderá fornecer. Pode-se verificar que alguns autores parecem acreditar numa resposta afirmativa, como é o caso: A utilidade do conhecimento é difícil de ser aferida, mas não há notícia de país que tenha ficado mais pobre por conhecer demais (ESCOBAR e SHELLARD, 1999, p. 31). Como resposta a este questionamento, outro autor descreve: Muitos cientistas sentem que a ciência deveria ser útil, se possível. Eu sou um destes, mas o espírito deste livro, acredito, é consistente com aqueles cientistas, de que também sou um, que consideram a ciência como uma busca que não necessita 22 A partícula tau também tem um neutrino, o neutrino do tau (ντ). Como se sabe a cada partícula está associado sua correspondente antipartícula (simbolizada por uma barra acima do símbolo da partícula), assim os neutrinos também possuem os seus antineutrinos: ν e, ν μ e ν τ . 3.10 – “Velhas e novas” leis de conservação e outras propriedades das partículas Nos processos que envolvem as partículas são observadas algumas leis de conservação, que podem restringir tais processos e explicar porque determinadas coisas acontecem e outras não. São elas: conservação de energia, conservação do momentum ou da quantidade de movimento e conservação da carga elétrica. A partir da década de 1950, com os aceleradores de partículas foi possível descobrir diversas novas partículas e na tentativa de explicar porque determinadas reações ocorrem e outras não, os cientistas propuseram novas propriedades das partículas e definiram suas regras de conservação. São elas: conservação do número bariônico, conservação do número leptônico e regra da estranheza. 3.10.1 – Conservação de energia A energia total das partículas antes do decaimento deve ser igual à energia total após o processo. A energia total manifesta-se na forma de energia cinética e da energia de repouso da partícula (dada por E = m0c², onde m0 é a massa de repouso da partícula). 3.10.2 – Conservação do momentum Em qualquer processo físico, o momentum total de um sistema de partículas deve permanecer o mesmo. O momentum de uma partícula é dado pelo produto de sua massa por sua velocidade, desde que esta velocidade seja muito menor que a da luz. Se num decaimento uma partícula decai em duas outras, considerando que o momentum total inicial seja zero, as partículas criadas devem emergir em sentidos opostos a fim de que o momentum total se conserve (OSTERMANN, 1999). Foi esta conservação que alguns cientistas por um momento, acreditaram que não seria válida para todos os processos físicos, pois o decaimento 25 β aparentemente desobedecia esta lei, fato este que foi satisfeito postulando a existência do neutrino. 3.10.3 – Conservação da carga elétrica A carga elétrica das partículas também deve se conservar. Se num processo as partículas iniciais possuírem carga elétrica total igual a zero, independente de quantas partículas serão criadas, a soma da carga total, ao final também deve ser igual a zero. 3.10.4 – Conservação do número bariônico Esta regra está relacionada ao número de prótons, nêutrons e outras partículas que pertencem à classe dos bárions. Todos os bárions possuem um valor igual a 1 ou -1, o chamado número bariônico. E todos os que não são bárions possuem um número bariônico igual a zero. Portanto, o número total de bárions deve permanecer constante e uma reação só poderá ocorrer se houver conservação do número bariônico. O número bariônico da antipartícula possui um valor oposto ao da sua partícula associada. Na tabela 1 é apresentado o número bariônico de alguns bárions. Bárion Símbolo Estranheza Carga Nº Bariônico Próton P 0 +1 +1 Antipróton p 0 -1 -1 Nêutron N 0 0 +1 Antinêutron n 0 0 -1 Lambda Ʌ0 -1 0 +1 Sigma Mais Σ+ -1 +1 +1 Antisigma Mais Σ + +1 +1 -1 Sigma Zero Σ0 -1 0 +1 Antisigma Zero Σ 0 +1 0 -1 Sigma Menos Σ– -1 -1 +1 Ksi Zero Ξ0 -2 0 +1 Antiksi Zero Ξ 0 +2 0 -1 Ksi Menos Ξ– -2 -1 +1 Antiksi Mais Ξ + +2 +1 -1 Ômega Menos Ω– -3 -1 +1 Ksi Estrela Zero Ξ*0 -2 0 +1 Tabela 1: Algumas propriedades e o número bariônico de alguns bárions. Adaptado de Ostermann (1999). 26 3.10.5 – Conservação do número leptônico A classe de partículas chamadas de léptons é caracterizada pelos chamados números leptônicos, todos os léptons possuem um valor igual a 1 ou -1, e todos os que não são léptons possuem um número leptônico igual a zero. São eles: número leptônico do elétron (Le), número leptônico do múon (Lμ) e número leptônico do tau (Lτ). Esta nova quantidade também deve ser conservada nas reações. Na tabela 2 é apresentado o número leptônico dos léptons e antiléptons. Lépton Símbolo Le Lμ Lτ Elétron e – 1 0 0 Anti-elétron e+ -1 0 0 Neutrino do elétron νe 1 0 0 Antineutrino do Elétron ν e -1 0 0 Múon μ– 0 1 0 Antimúon μ+ 0 -1 0 Neutrino do Múon νμ 0 1 0 Antineutrino do Múon ν μ 0 -1 0 Tau τ – 0 0 1 Antitau τ+ 0 0 -1 Neutrino do tau ντ 0 0 1 Antineutrino do tau ν τ 0 0 -1 Tabela 2: Número leptônico dos léptons. Adaptado de Lopes (2004). 3.10.6 – Regra da estranheza Os cientistas começaram a observar que determinadas reações que deveriam ocorrer por obedecer todas as regras de conservação até então conhecidas, simplesmente não aconteciam. Então, era provável que estas reações desobedeciam a outra regra de conservação ainda desconhecida. Na década de 1950 estudando este tipo de reação, os físicos atribuíram às partículas uma nova propriedade chamada de regra da estranheza. As partículas devem obedecer a esta regra nas interações forte e eletromagnética. Caso a estranheza não seja conservada em uma reação, esta reação está ocorrendo sob a ação da interação fraca. Os valores possíveis de estranheza de uma partícula são: +3, +2, +1, 0, -1, -2 ou -3. Na tabela 1 acima, são apresentados alguns valores de estranheza para os bárions, observe que todas as antipartículas possuem valores de estranheza opostos aos de suas partículas associadas. 27 As partículas elementares (quarks) são “separadas” por gerações. A primeira geração consiste nos quarks up e down, que constituem a matéria estável do Universo. A segunda geração é formada por partículas mais instáveis e por quarks mais pesados: strange e charm. A terceira e última geração consistem nos quarks botton e top, sendo ainda mais pesados que os das outras gerações. De acordo com Silva e Natti (2007), não há evidências para que possam existir outros sabores de quarks. Os quarks apesar de serem fundamentais nunca foram detectados como partículas livres, só existem em estados ligados formando outras partículas. Aparentemente, os quarks estão sempre confinados em partículas chamadas hádrons (MOREIRA, 2004). Os constituintes da matéria são então formados pelos elétrons e pelos quarks up e down. A figura 1 abaixo representa a estrutura atômica aceita nos dias de hoje. Figura 1: Representação de um átomo (de acordo com Ostermann, 1999). Como apresentado, os quarks são partículas “verdadeiramente” elementares. No entanto, serão estes os constituintes últimos da matéria? Quem teria razão: DEMÓCRITO ou ANAXÁGORAS? Serão as partículas quark/antiquark os “átomos” de Demócrito, isto é, a série de partículas fundamentais constituintes da matéria seria limitada inferiormente, ou os quarks serão sementes, no sentido de Anaxágoras e, portanto, existirão outras sementes dentro dos quarks, que conterão outras sementes, “ad infinitum”? (BASSALO, 1983, p. 37). Ostermann (1999, p. 417), afirma que, “implícita na hipótese dos quarks está a idéia de que estes são primordiais, invisíveis, isto é, os átomos de Demócrito”. O que resta, é aguardar 30 que as investidas da Física de Partículas no novo acelerador de partículas (LHC) possa então contribuir na busca de respostas às questões como esta. 4 – As partículas estão organizadas em grupos semelhantes É numerosa a quantidade de partículas descobertas até o momento, portanto estas partículas devem estar organizadas por características que as assemelham, separadas em classes de partículas. As partículas podem ser classificadas em bósons e férmions. Os bósons possuem spin inteiro, portanto, não obedecem ao Princípio de Exclusão de Pauli, já os férmions possuem spin semi-inteiro, assim obedecem ao Princípio de Exclusão. Na classificação das partículas constituintes da matéria, quarks e léptons são férmions e as partículas mediadoras são bósons. A seguir serão apresentadas as classes das partículas e as interações fundamentais importantes no Modelo Padrão, e diversas figuras que poderão facilitar a compreensão destas classificações. As descrições das classes de partículas bem como as figuras mostradas, em grande parte, foram baseadas e extraídas do trabalho de Ostermann e Cavalcanti (1999), em que elaboram um material didático em forma de pôster para o Ensino Médio, no intuito de contribuir para a renovação do currículo neste nível de ensino e também o de divulgar a Física de Partículas. 4.1 – Os quarks e os léptons As partículas fundamentais são classificadas de acordo com a figura 2 abaixo. Nesta figura são agrupados os quarks e os léptons (constituintes fundamentais do Universo) juntamente com algumas de suas propriedades. Os léptons não têm carga cor, possuem carga elétrica inteira e podem existir como partículas livres, ao contrário dos quarks. Estas partículas não sofrem ação da força nuclear forte, no entanto, se interagem por meio das interações: eletromagnética e fraca. Já os neutrinos, por não possuírem carga elétrica, interagem apenas fracamente. A cada lépton está associado um antilépton (ver tabela 2 acima). Os quarks são partículas que interagem por meio das interações eletromagnéticas, fraca e forte, e possuem carga elétrica fracionária. Existem seis tipos ou sabores de quarks: u, d, s, c, b e t, e podem se apresentar em três cores distintas: vermelho, verde e azul, desta maneira 31 haveria dezoito quarks diferentes, porém a cada quark está associado um antiquark (u , d , s , c , b e t ), aumentando o número total de quarks e antiquarks para trinta e seis. Os quarks formam os hádrons, que se dividem em bárions (formados por três quarks) e mésons (formados por um par quark-antiquark). Como possuem spin semi-inteiro, estas partículas são classificadas como férmions (OSTERMANN e CAVALCANTI, Ibid.). Figura 2: Tabela de quarks e léptons (OSTERMANN e CAVALCANTI, 1999). Estas partículas são ainda “classificadas” por gerações. A primeira geração que constituem a matéria estável do Universo corresponde às duas primeiras linhas da figura 2. A segunda geração corresponde a terceira e quarta linha desta mesma figura, estas são partículas mais instáveis e pesadas que as da primeira geração. As últimas duas linhas referem-se à terceira geração, que são ainda mais pesados que as anteriores. 4.2 – As partículas mediadoras As forças fundamentais conhecidas na natureza são quatro: força gravitacional, força eletromagnética, força fraca e força forte. Na tentativa de unir todas as forças fundamentais e devido aos aspectos semelhantes, a força eletromagnética e fraca foram unidas em um só fenômeno chamado de força eletrofraca. As interações das forças fundamentais se dão pela troca de partículas mediadoras. 32 Figura 5: Mapa conceitual das partículas mediadoras e interações fundamentais. Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/mpef/Hipermidia/Mutzenberg/arq/tr00.pdf 4.3 – Os bárions e os mésons Os bárions e os mésons são partículas classificadas como hádrons. Na figura 6 é apresentado alguns exemplos de bárions, as partículas e suas correspondentes antipartículas, e ainda algumas propriedades de cada um. Bárions possuem spin fracionário e obedecem ao Princípio de Exclusão, já os mésons não obedecem e possuem spin inteiro. Figura 6: Tabela dos bárions (OSTERMANN e CAVALCANTI, 1999). 35 Cada bárion é formado por três quarks e cada antibárion é formado por três antiquarks. Os bárions estão unidos pela interação forte, através da troca de glúons. Desta classe os mais comuns são os nêutrons e os prótons. Já na figura 7 são apresentados alguns exemplos de mésons e antimésons, que são formados por um par quark-antiquark. Devido às várias possibilidades de combinações entre os quarks (combinações de três quarks ou de pares quark-antiquark), o número de hádrons é grande. Figura 7: Tabela dos mésons (OSTERMANN e CAVALCANTI, 1999). 4.4 – O Modelo Padrão Depois de tantas buscas por partículas anteriormente desconhecidas e nos estudos de suas interações, a partir do final da década de 1980 foi possível criar um modelo que apresentasse os grupos de partículas, denominado de Modelo Padrão. Este modelo descreve a matéria através dos férmions (quarks e léptons) e dos bósons, e permite uma descrição mais clara entre as forças nuclear forte e fraca. Neste trabalho, antecipou-se as descrições sobre o Modelo Padrão ao descrever os quarks, os léptons, as classes em que estão organizadas as partículas e as suas diversas propriedades. As assimetrias que haviam entre os quarks diante dos léptons, foram apresentadas como inquietantes devido à falta de coerência no modelo, o que levou os físicos a saírem em busca das “peças faltantes”. Chega-se assim ao Modelo Padrão como ele é conhecido hoje. Existem 36 seis quarks e seis léptons, denominados férmions, e os chamados bósons que são as partículas mediadoras das interações fundamentais da natureza. Em seguida, apresenta-se uma tabela esquemática do Modelo Padrão, lembre-se que cada um dos quarks e léptons da tabela 3 possuem um antiquark e um antilépton associado. De acordo com Ostermann (1999), os quarks se interagem com as quatro forças fundamentais, já os léptons não se interagem com a força forte (figura 5). Tabela 3: Esquema do Modelo Padrão. Apesar do modelo mostrado na tabela acima ser um excelente referencial teórico, ele apresenta algumas dificuldades, como o fato de não terem sido descobertos o gráviton e o bóson de Higgs, ambas previstas pelo modelo. No entanto, ainda resta muito trabalho para os físicos de partículas, que agora “recebem” ajuda extra com o início do funcionamento do LHC. Com este novo acelerador será possível testar a verdadeira eficiência do Modelo Padrão, pois um dos objetos da construção do LHC é encontrar o bóson de Higgs, claro, se ele realmente existir. 37 usando uma linguagem bastante simples de forma que o texto seja compreensível e, sobretudo, abrangem bem o tema a qual propõem tratar. Estas publicações certamente vêm contribuir para com àqueles que, conscientes das necessidades expressas pelo mundo atual, desejam imprimir mudanças no cenário do ensino no Brasil. Abaixo é descrito brevemente o conteúdo de tais publicações: Ostermann (1999) elabora um texto para professores do Ensino Médio sobre partículas elementares. Nele a autora faz uma abordagem qualitativa bem completa sobre o tema em questão, indo desde os primórdios, átomos e seus modelos ao longo da história da ciência, incluindo um histórico dos pensamentos dos primeiros filósofos gregos acerca dos constituintes da matéria e do Universo; passando pelas partículas descobertas ao longo das décadas a partir dos raios cósmicos e mais recentemente dos aceleradores de partículas, citando as leis e conceitos que regem as partículas elementares; chegando então, ao Modelo Padrão que no final do trabalho possui um resumo na forma de tabela. Ostermann e Cavalcanti (1999) apresentam um material explicativo de um pôster que elaboram, e que também é incluso neste trabalho, afim de que seja utilizado como material didático auxiliando assim, na formação inicial e continuada de professores, a incorporação na Escola, de tópicos atuais de Física: partículas elementares e interações fundamentais. Nele, os autores dividem o pôster em setores e tabelas, e a cada nova tabela que “surge” no trabalho, explicam os conceitos físicos envolvidos. Não trazem no material, conteúdos históricos, apenas apresentam as partículas, suas diferentes classes e as interações pelas quais se envolvem. Moreira (2004) através de seu texto, procura transmitir de forma clara e acessível uma visão introdutória sobre partículas elementares e interações fundamentais. Assim, inicia seus argumentos pelas primeiras partículas, aquelas que formam o átomo e a partir delas introduz as demais como constituintes destas. Afirma que os quarks são, possivelmente, os constituintes últimos da matéria. Porém, para se ter idéia sobre a constituição da matéria, também é necessário que se leve em conta as interações entre as partículas e os bósons, o que trata de forma bem compreensível. Cita aspectos dos sabores dos quarks e léptons, e ainda a carga cor que os quarks possuem. Ao final, apresenta um mapa conceitual para partículas elementares e outro para as interações fundamentais. Abdalla (2005) trata sobre o discreto charme das partículas elementares, com este título bastante sugestivo e com uma forma divertida através de ilustrações, o texto leva o leitor a perceber que as partículas não necessariamente são “bolinhas”, mas sim, podem apresentar-se 40 de formas distintas. O contexto histórico é apresentado numa seqüência cronológica, detalhando os fatos das descobertas. E nesse sentido, vai aos poucos montando o Modelo Padrão. Traz também, as indagações e propostas teóricas dos físicos ao longo das décadas e o sucesso (ou não) obtido por cada um ao propor suas teorias e modelos. Ao fim deste artigo, informa qual é um dos objetivos da construção do LHC no CERN: a busca pelo bóson de Higgs e a importância para o Modelo Padrão em identificar tal partícula. Logo no início, antes de aprofundar no texto, a autora faz algumas exigências: que o leitor leia cuidadosamente os trabalhos de Ostermann (2001) e Moreira (2004), pois alguns termos e conceitos utilizados em seu texto estão explicados nos trabalhos sugeridos. Embora os trabalhos aqui citados e os apresentados por Ostermann (2000) levarem ao preenchimento de uma importante lacuna em relação a materiais disponíveis para serem utilizados no ensino, há muitas áreas que ainda são pouco exploradas nas publicações, somando-se ao fato de que não existe consenso sobre quais tópicos de FMC devem ser abordados no Ensino Médio. Procurando identificar quais seriam os tópicos mais indicados para serem abordados neste nível de ensino, Ostermann e Moreira (1998) fazem um levantamento completo através da técnica Delphi20, obtendo o seguinte resultado: efeito fotoelétrico, átomo de Bohr, leis de conservação, radioatividade, forças fundamentais, dualidade onda-partícula, fissão e fusão nuclear, origem do Universo, raios-X, metais e isolantes, semicondutores, laser, supercondutores, partículas elementares, relatividade restrita, Big Bang, estrutura molecular e fibras ópticas. Nota-se então que Física de Partículas, segundo este estudo, é um tópico relevante de FMC a ser inserido na elaboração de um novo currículo para o Ensino Médio. A partir dos dados obtidos pela técnica Delphi, os autores separaram dois tópicos para aplicação em sala de aula, supercondutores e partículas elementares. Neste trabalho tratar-se-á apenas dos resultados apresentados sobre Física de partículas. A aplicação do tópico ocorreu em uma escola particular e em uma escola da rede estadual de ensino do Rio Grande do Sul, atingindo 126 alunos entre 14 e 17 anos das três séries do Ensino Médio, e foi trabalhado em sala de aula por acadêmicos de licenciatura da disciplina de Prática de Ensino de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Ao final do estágio, os professores 20 A técnica Delphi consiste na elaboração de um questionário inicial enviado a um grupo respondente, seguido de sua reelaboração e reenvio do questionário após o retorno das respostas. Durante o processo é garantido a cada respondente a oportunidade de reavaliar suas respostas originais tendo como base o exame das respostas do grupo. Procura-se assim, “permitir que um grupo de indivíduos, como um todo, enfrente um problema complexo” (OSTERMANN, 1999 apud SANCHES, 2006). 41 (estagiários) afirmaram que tinham intenção de inserir, em suas futuras aulas, tópicos atuais de Física. Quanto ao aluno do Ensino Médio, os autores ressaltam: [...] a experiência mostrou que não é só possível motivá-lo e despertar sua curiosidade científica com tópicos de FMC como também ele pode aprender conceitos físicos nessa área. No grupo das “partículas”, por exemplo, ao término das aulas, 39% dos alunos mencionaram os quarks e os léptons como as porções menores que formam toda a matéria do Universo (contra 0%, ao início das aulas). Ao final, 57% perceberam que só existem quatro interações fundamentais na natureza. Esses são apenas exemplos dos resultados obtidos. Com eles pudemos concluir que houve uma familiarização com o tema [...] (Ostermann e Moreira, 2001, p. 144). Ostermann e Moreira (2001) apontaram neste trabalho, a viabilidade de ensinar tópicos atuais da Física para estudantes do Ensino Médio, mostrando que é um engano dizer que os alunos não possuem capacidade para aprender tais temas, pois não foram encontrados obstáculos de natureza cognitiva e os de pré-requisitos foram superados. Os autores afirmam que se houveram dificuldades de aprendizagem por parte dos estudantes do ensino básico, não foram muito diferentes das usualmente encontradas com conteúdos da Física Clássica. Mas adverte, se a intenção é implementar estes temas nas Escolas, é fundamental preparar adequadamente os futuros professores e também bons materiais para serem utilizados como fontes. Outro trabalho que relata a aplicação do tema Física de Partículas em sala de aula é o de Siqueira (2006), executando sua proposta em duas Escolas públicas estaduais de São Paulo. Este autor descreve uma proposta didática pedagógica iniciada com o tema radiações, assim escolhido por estar, segundo ele, bem próximo dos alunos e despertar algum tipo de interesse neles, principalmente ao tratar de raios-X. Após definir os temas a serem abordados, montou- se uma seqüência de aulas, que privilegiava as partículas elementares e suas interações. A partir daí, relacionados ao tema, elaborou-se diversas atividades didáticas para serem executadas pelos alunos durante a pesquisa. Ao final do curso, analisando os resultados obtidos com os alunos, o autor assegura: Podemos constatar que houve uma mudança na maneira deles olharem o trabalho científico e a própria ciência, mostrando que começaram a compreender que a ciência é um empreendimento humano e muito dinâmico. Para isso, procuramos mostrar, no curso, a evolução ocorrida no conceito de átomo e perguntamos se eles haviam notado e se achavam que essas mudanças iriam parar. As respostas de todos os alunos foram idênticas, todos acreditavam que não [...] (SIQUEIRA, 2006, p. 149). 42 estarem presentes na escola média, ou seja, tópicos atuais de Física devem fazer parte do currículo. De acordo com Menezes (2000), as mudanças devem ocorrer, mas, gradualmente. É claro que precisa ser cautelosa a sinalização para a inclusão desses novos conteúdos, seja pelos desafios didáticos que implica, encontrando professores despreparados e textos escolares desguarnecidos, seja porque as próprias universidades, ainda por algum tempo, continuarão a solicitar os velhos conteúdos em seus vestibulares. Será preciso algum tempo para que a mensagem seja primeiro compreendida e, mais tarde, aceita (MENEZES, 2000, p. 8). Outros fatores que contribuem para uma reformulação do ensino adotado no Brasil, é que os currículos das escolas brasileiras são pobres e excluem a Física desenvolvida a partir do século XX (OSTERMANN e RICCI, 2002 apud BORGES, 2005). Dessa forma, o PCN+ orienta que: “a Física deve vir a ser reconhecida como um processo cuja construção ocorreu ao longo da história da humanidade, impregnado de contribuições culturais, econômicas e sociais, que vem resultando no desenvolvimento de diferentes tecnologias e, por sua vez, por elas sendo impulsionado” (BRASIL, 2002). E ainda observa que aspectos da Física atual são indispensáveis aos jovens por permitir a eles uma compreensão mais abrangente sobre como se constitui a matéria tão presente nos utensílios tecnológicos, devendo essa compreensão passar pelas interações no núcleo dos átomos e os modelos propostos pela ciência para um mundo povoado de partículas. Além disso, ao propor o que chama de Temas Estruturantes, associa matéria e radiação indicando assim, ser esse tema capaz de propiciar a compreensão do mundo material microscópico. “Defendendo” a idéia da inserção de temas da FMC no Ensino Médio e visando a alfabetização científica da sociedade em geral, os Parâmetros Curriculares Nacionais (PCNs) sugerem uma possibilidade metodológica dentro do enfoque Ciência, Tecnologia e Sociedade (CTS), que é a Aprendizagem Centrada em Eventos (ACE) no qual utiliza os fatos de divulgação na mídia para promover a exploração dos pilares Ciência e Tecnologia. E na Física, os temas transmitidos pela mídia geralmente estão atrelados à FMC, por exemplo, recentemente a mídia deu bastante ênfase à inauguração do LHC no CERN, citando dessa forma os aceleradores de partículas e os objetivos que tinham tal empreendimento humano. Tópicos contemporâneos como este da Física, segundo os PCNs, devem ser tratados em sala de aula. Em suas propostas, os PCNs não apresentam metodologias específicas para a Física, mas sim, recomendações gerais para o ensino de Ciências, incentivando mudanças pela qual deve propor os professores a partir da compreensão desses Parâmetros e desenvolvam 45 caminhos a serem trilhados com a escola da qual fazem parte, estando de acordo com cada realidade. E ressalta a importância de ensinar as mudanças ocorridas nas últimas décadas e seu significado no desenvolvimento das sociedades (MENEZES, 2000). Para compensar a inexistência de metodologias a serem seguidas na inserção da FMC no Ensino Médio é que diversos pesquisadores tem trabalhado em propor maneiras didáticas e elaborado materiais adequados à proposta deste novo ensino. 3 – A Física de Partículas no livro didático: exemplificação No trabalho realizado por Sanches (2006), a autora analisa 12 livros didáticos freqüentemente mais usados no ensino de Física nas escolas. Para esta análise, ela leva em consideração o quanto o autor aborda e também, a forma que os temas da FMC são tratados nestes livros. Tendo em vista o fato de que os livros textos são geralmente uma das únicas fontes de consulta pelo professor na preparação das aulas para o Ensino Médio e os resultados levantados por Sanches (2006), resolveu-se escolher um dos autores estudados por Sanches, para que fosse feita um “checape” em relação aos exercícios abordados pelo autor do livro didático. Escolheu-se, ao acaso, o livro: Física Ciência e Tecnologia23. Este livro é composto por cinco unidades, onde os conteúdos são separados por capítulos, num total de dezenove, a última destas unidades é denominada Física Moderna que contém três capítulos (17 - Relatividade Especial; 18 - Física Quântica; 19 - Física Nuclear). Nos capítulos 18 e 19, os autores tratam de tópicos como: o modelo atômico de Bohr, o átomo de hidrogênio, o núcleo atômico, as forças fundamentais da Natureza e partículas fundamentais da matéria- antimatéria. A obra é composta por 665 páginas, destas, apenas 67 são dedicadas aos conceitos da FMC, ou seja, 10,0% do total, e, se levar em conta apenas o tópico Física de Partículas e suas interações fundamentais, este número cai para 5 páginas incompletas (aproximadamente 0,7% da obra). Os livros didáticos utilizados no Ensino Médio são geralmente “recheados” de exercícios para serem resolvidos, sendo estes elaborados, em sua grande maioria, mediante a apresentação de fórmulas e aspirando para que o aprendizado ocorra pela memorização dos conceitos por parte do estudante (Ibid.). A grande quantidade de exercícios propostos nos livros textos tem um objetivo específico: “preparar” o aluno para enfrentar o vestibular. Muitos são os autores que criticam o excesso de exercícios e a forma de abordagem nos livros 23 Autores: Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo César Martins Penteado, Paulo Antonio de Toledo Soares e Carlos Magno Azinaro Torres. Editora Moderna. São Paulo, 2001. 46 do nível médio de ensino, no entanto, cabe lembrar que a utilização de exercícios em sala de aula é de extrema importância, pois, é através deles que o estudante desenvolve e consolida habilidades (PEDUZZI, 1997), além disso, o estudante também pode aprender a teoria resolvendo problemas (KUHN, 1987 apud PEDUZZI, 1997). Na resolução de exercícios é necessário que o indivíduo tenha um conhecimento sobre o conteúdo específico, porém, não é correto afirmar que o aluno só deve começar a resolver os problemas24 depois de dominar a teoria (PEDUZZI, 1997). Neste contexto, segundo Costa e Moreira (1997), é necessário que a prática de resolução de problemas seja repensada pelos envolvidos no processo ensino- aprendizagem, já que este é um recurso indispensável no ensino da Ciência e, em particular, da Física. Ao tratar do livro que se escolheu para ser analisado neste trabalho, Sanches (2006) faz uma crítica aos exercícios apresentados, pois os considera apenas como aplicação de algumas equações, tornando-os assim muito matemáticos. No conteúdo de interesse: Partículas e forças fundamentais, os exercícios abordados no livro em questão possuem caráter conceitual. Abaixo são mostrados três e únicos exercícios sobre o tópico, abordado no livro: Exercício 18, p. 651: Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmativas seguintes: a) Todos os bárions são hádrons. b) Existem hádrons que não são bárions. c) Os mésons são partículas elementares. d) Os mésons são partículas de spin ½. e) Os quarks e antiquarks têm spin ½. f) Os quarks e antiquarks têm cargas elétricas ± 3 e e ± 3 .2 e . g) A antipartícula do próton é o pósitron. h) Elétrons, fótons e neutrinos são léptons. i) Os léptons são formados por 3 quarks. j) Quarks e léptons são partículas elementares. Exercício 19, p. 651: Um processo de aniquilação de matéria, ou, equivalentemente, de conversão de massa de repouso em energia, ocorre na interação entre um elétron (de massa m 24 Pode-se dizer, que um problema é caracterizado quando o indivíduo ao tentar resolvê-lo, não é levado à solução de uma forma imediata ou automática, geralmente o processo requer reflexão e tomada de decisões sobre uma determinada seqüência de etapas a seguir. Em um exercício, por outro lado, o que se observa é o uso de rotinas automatizadas, ou seja, para sua resolução não são exigidos conhecimentos ou habilidades novas, por já serem pelo indivíduo conhecidas. 47 inerente ao ser humano, que o impulsiona na busca do conhecimento, e a satisfação das solicitações incentivadas pelos meios de comunicação (TERRAZZAN, 1992, p. 213). Nesse sentido, a abordagem de temas como este, permite “despertar a curiosidade dos estudantes e ajudá-los a reconhecer a Física como um empreendimento humano e, portanto, mais próxima a eles” (OSTERMANN, 2000, p. 24). E também por entusiasmar o aluno, já que ele pode estar aprendendo na Escola o que viu na TV, leu em revistas, jornais ou na internet, e encorajá-lo a querer saber os atuais e futuros desafios enfrentados pela Física (OSTERMANN e CAVALCANTI, 2001). Dessa maneira é possível criar no aluno, uma visão de mundo atual e que o leve a questionar e querer conhecer mais, isso mediante um ensino contextualizado e vinculado com a realidade do estudante. Em um levantamento feito com estudantes universitários para saber o que os levou a escolher Física como carreira, Stannard (1990) revela que a causa de tal escolha é temas modernos como: partículas elementares, relatividade restrita, teoria quântica e astrofísica. Como a esta área da Física se enquadra o estudo dos constituintes da matéria, o conhecimento acerca da Física de Partículas pode direcionar o estudante a questionamentos filosóficos, a respeito da origem do Universo, formação e os meios seguidos para existir o Universo hoje e tantas outras indagações que cercaram e ainda rondam o pensamento humano. Assim, de acordo com Siqueira (2006), encontra-se na literatura autores que defendem que a Física de Partículas deveria ser abordagem prioritária no nível médio, apontando um deles e os motivos que considera para que esta área da Física esteja presente no Ensino Médio: Os conhecimentos dessa área, possibilitam ao estudante um certo aprofundamento dos estudos de Cosmologia, levando-o a uma visão mais racional do mundo em que vivemos, a discussões mais equilibradas sobre a origem e o fim do Universo, colaborando para afastamento das crendices e superstições, muito comuns entre os jovens. O assunto pode ser tratado historicamente, com apresentação das diversas teorias que se sucederam, levando os alunos a perceberem que os conhecimentos científicos não são verdades absolutas (aspecto importante da visão atualizada das ciências). O sucesso das pesquisas nesta área, altamente dependentes das tecnologias avançadas, que possibilitaram várias descobertas, evidenciaram a interdependência entre o desenvolvimento dos conhecimentos científicos e tecnológicos, sem priorização de um deles. São tópicos fundamentais e sua aprendizagem facilita a compreensão, com maior profundidade, de muitos outros assuntos, tanto no campo da Física, quanto no de outras ciências (química, biologia, geologia, etc.) (ALVARENGA, 2000 apud SIQUEIRA, 2006, p. 13-14). 50 Ao estudar as partículas elementares, o estudante percebe que a Física pode ir muito além do que imagina, e que pode estar tão próxima quanto jamais pensou, através da matéria que é formada todas as coisas. A Física de partículas permite ao aluno perceber que este conhecimento é dinâmico e que desde suas primeiras investigações, as buscas por partículas verdadeiramente elementares jamais parou no tempo, pois permanecem vivas, rompendo assim, com a idéia de que a Física por ser uma Ciência Exata está terminada, de que ela é aquilo que aprendem em sala de aula, ou seja, a Física até 1850. Nesse sentido, a Física de partículas mostra como surgem os modelos, as teorias, os conceitos e a importância destes para descrever e entender o mundo físico que nos cercam. No entanto, apesar de serem fundamentais nas teorias científicas, os modelos não são discutidos em sala de aula e nem abordados nos livros didáticos, e isso torna a Física de partículas um conteúdo adequado para mostrar o processo científico de validação de teorias (SIQUEIRA, 2006). Como visto, motivos não faltam para a defesa de que tópicos como este sejam inseridos no currículo no Ensino Médio. Há muito ainda o que argumentar e fazer para que mudanças venham a ocorrer e que se concretize o que almejam tantos pesquisadores de Ensino de Física no país. E na tentativa de mostrar a beleza e a importância da Física de Partículas ao longo da História da Ciência é que se propôs este trabalho. 51 CONSIDERAÇÕES FINAIS Nesta monografia, assim como foi apontado na introdução, é possível perceber a Física de Partículas como um empreendimento humano, fruto do trabalho e empenho de diversos colaboradores ao longo da história da humanidade, que, indagados sobre a constituição do Universo, foram além e encontraram muitas respostas para algumas questões, que por sinal, ainda cercam o pensamento do homem. A partir do levantamento bibliográfico realizado neste trabalho, não há dúvidas sobre a importância e a possibilidade da inserção de tópicos de Física Moderna e Contemporânea no currículo do Ensino Médio. É notável a preocupação de pesquisadores e educadores de Física do país e do mundo em trabalharem para que, a Física ensinada na Escola, assim como a ciência, a tecnologia e a própria humanidade, possa também evoluir. Ao longo deste trabalho, foram apontados inúmeros pesquisadores que têm se dedicado na elaboração de materiais sobre Física de Partículas, os quais podem servir de apoio aos professores de Física do nível básico. Foi mostrado ainda que, apesar de poucas, existem pesquisas que apresentam resultados satisfatórios de aplicação e metodologias para o ensino de Física de Partículas no Ensino Médio, concluindo a viabilidade da abordagem do tópico em sala de aula, superando as idéias iniciais de que os alunos necessitam de pré-requisitos para compreenderem tais temas e que teriam dificuldades na compreensão, sendo apresentado que as dificuldades encontradas por eles, não foram diferentes das demonstradas com assuntos relacionados à Física Clássica. As pesquisas feitas na literatura, possibilitou verificar que nas últimas décadas, evidencia-se que há uma tentativa, por parte de diversos autores de livros didáticos, na inserção de temas da FMC no nível médio. Os autores de livros textos têm percebido a urgência necessidade em ensinar temas atuais da Física na Escola, no entanto, a abordagem feita nestes livros, conforme levantamento, é realizada de forma inadequada e insuficiente, pois geralmente os tópicos modernos e contemporâneos da Física são apresentados apenas como leitura complementar, ficando a mercê do tempo para serem tratados em sala de aula. Ao analisar o livro didático do ponto de vista da abordagem do tema FMC com os respectivos exercícios propostos pelos autores, nota-se que, comparativamente aos exercícios dos temas da Física Clássica, que por sinal, é praticamente a única cobrada nos vestibulares, são em número bastante reduzidos. 52 REFERÊNCIAS ABDALLA, Maria Cristina Batoni. 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