Partículas: a dança da matéria e dos campos

Aula 27 –

Interação

Fraca

e Violação

da Paridade

Simetria de Reflexão

A transformação por reflexão dá origem a bela figuras e tem sido usada por artistas e arquitetos com um sinônimo de perfeição, um sentimento de beleza e de união com a divindade. Nosso corpo, bem como outros organismos da Natureza, possui uma razoável dose de bilateralidade.

Simetria

de ReflexãoHá, por outro lado, muitos objetos e órgãos que não são invariantes por uma reflexão especular.

Nossas mãos, por exemplo.Fazendo um comentário trivial, mão esquerda é distinta da mão direita.

Veremos mais adiante que a Natureza tem como distingui-las.Outro exemplo? Um parafuso.

Apertá-lo ou apertar sua imagem especular, demanda procedimentos diferentes.

Uma molécula de H2O é simétrica por reflexão, mas isso não ocorre com todas as moléculas.Uma molécula de açucar pode ocorrer em duas formas dextrógira e levógira

Apenas a primeira forma é metabolizada adequadamente pelo nosso organismo, mas ambas são doces (embora tenham doses diferentes de “doçura”)

Alice no País do Espelho

Um exemplo da literatura paraefeitos de paridade é o Alice no paísdo Espelho de Lewis Carrol, onde a heroína atravessa um espelho e se defronta com um mundo um tantoestranho.

ParidadeReflexões são simetrias de processos físicos dinâmicos ou de objetos físicos.

As leis da eletrodinâmica ou da gravidade são as mesmas se vistas neste mundo ou na sua versão espelhada.Um gato (Tum) ao escorregar em um chão encerado e derrubar um vaso, quebrando-o, o fará satisfazendo as leis de conservação de energia e momento assim como sua versão especular (Mut).

Os físicos chamam essa simetria de reflexão de simetria de paridade.No caso do gato, se ele tivesse uma pequena mancha em um dos lados, a situação seria diferente, pois ele não seria simétrico por transformações de paridade.

ParidadeFilmes feitos de um jogo de bilhar filmados diretamente o através de um espelho seriam indistinguíveis.As evidências eram todas de que um filme imaginário de processos no mundo microscópico também seria o mesmo filmado diretamente ou através da sua imagem especular.Entretanto, em torno do ano de 1955 as coisas mudaram drasticamente.

E na raiz disso está a quebra espontânea de simetria ocorrida na interação fraca, embora nessa época nada disso fosse conhecido

ParidadeSe a paridade se conserva ⇒ imagem especular de um fenômeno físico étambém um fenômeno físico igualmente provável.Decaimento β - do n, emitindo um e- a um ângulo θ em relação ao spin ⇒ emissão a (π-θ) deve ser igualmente provável.

Paridade

Um outro exemplo é o decaimento do π-. O píon é uma partícula com spin 0 Em cerca de 10-7 s ele sofre um decaimento mediado pela interação fraca em múon + anti-neutrino:

π-Ø Ð- + ν (lembrar que se trata do anti-neutrino do múon)

Simetria rotacional vale e os momentos angulares da partículas que são resultado do decaimento têm soma zero.

ParidadeMúons e neutrinos têm massa e portanto são partículas cuja helicidade pode variar

Não é o caso das partículas sem massa.

Em outras palavras, em uma experiência que medisse múons, deveria ser esperado igualmente obtido múons com helicidade positiva e negativa...

... se as leis da física que regem esse decaimento fossem invariantes por paridade.

ParidadeApenas o caso b) éobservado experimentalmente e nunca o a)Isso significa que a interação fraca não preserva a paridade, i.e. a simetria por reflexão especular.

ParidadeT.D. Lee e C.N. Yang propuseram em 1956 que a paridade não fosse conservada pelas interações fracas.

Isso como resultado de decaimentos anômalos de méson denominados, hoje, K0.Madame C.S. Wu concebeu uma experiência para verificar experimentalmente esse fenômeno.

Paridade

Da mesma forma que no decaimento do π-, havia uma assimetria entre as direções de emissão dos elétrons e neutrinos emitidos no processo.