Física Nuclear e de Partículas
Semestre 2017.1
Professor: Vasco Neves
Encontros: Segundas das 15h40 às 17h40 e Quartas das 13h20 às 15h20
Atendimento: Quinta-feira de manhã
Carga horária: 72 horas
Ementa
Radioatividade, fissão e fusão, modelos de núcleos atômicos, teoria da nucleossíntese, principais tecnologias termonucleares, modelo padrão das partículas, história da descoberta e da classificação das partículas elementares, simetrias.
Bibliografia Básica
- CHUNG, K. C. Introdução à Física Nuclear. Rio de Janeiro: Editora da UERJ, 2001.
- ENDLER, Ana Maria F.; Introdução à Física de Partículas. SP: Editora Livraria da Física. 2010.
- MOREIRA, Marco Antônio. Física de Partículas: Uma Abordagem Conceitual e Epistemológica. SP: Editora Livraria da Física, 2012.
- PERUZZO, Jucimar. Física e Energia Nuclear. SP: Editora Livraria da Física, 2012.
- TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Física Moderna. 5a ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.
Bibliografia Complementar
- BALTHAZAR, W. F.; DE OLIVEIRA, A. L.; Partículas elementares no ensino médio: uma abordagem a partir do LHC. São Paulo. Editora Livraria da Física. 2010.
- CARUSO, F.; OGURI, V.; SANTORO, A.(editores). 2a Ed. Partículas elementares: 100 anos de descobertas, São Paulo: editora Livraria da Física, 2012.
- MARQUES, Alfredo. Energia nuclear e adjacências. Rio de Janeiro: Editora da UERJ, 2009.
- MENEZES, Gabriel; ALCALDE, Martin Aparício. Tópicos em Teoria Quântica dos Campos. São Paulo: editora Livraria da Física.
- CARUSO, F.; SANTORO, A. Do átomo grego à Física das interações fundamentais. Rio de Janeiro. São Paulo: editora Livraria da Física, 2012.
- TAVARES, Odilon A.P. Descobrindo o Núcleo Atômico. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2012.
Materiais de Apoio
Revisão de conceitos clássicos
Provas
1ª Prova -
2ª Prova -
3ª Prova -
Diários de aula
1º Encontro 24/07
Introdução à disciplina. Métodos de avaliação. As linhas espectrais. A série de Balmer e a fórmula de Rydberg-Ritz. O modelo de átomo de Thompson e de Rutherford. As primeiras estimativas do tamanho do núcleo atômico.
2º Encontro 26/07
O modelo de Bohr e o átomo de Hidrogênio. A descoberta da Radioatividade. As partículas alfa, beta e gama. Os experimentos de Geiger e Mardsen. Os primeiros aceleradores de partículas: o Ciclotrón e o gerador de Van de Graaff. Os experimentos de Moseley e o espectro de raios X.
3º Encontro 31/07
Recapitulação de conceitos da Física Atômica: A equação de Schrödinger a 3 dimensões. A aplicação da equação de Schrödinger ao átomo de Hidrogênio. Os números quânticos n, l e m. A quantização do momento angular dos eléctrons.
4º Encontro 02/08
Continuação da aula anterior.
5º Encontro 07/08
O momento magnético de um átomo. A energia potencial de orientação do dipolo magnético. A precessão e a frequência de Larmor. O experimento de Stern-Gerlach e a descoberta do spin do eléctron. Os números quânticos de spin s e m. A energia potencial de orientação do dipolo magnético de spin.
6º Encontro 09/08
A interação spin-órbita do átomo de Hidrogênio. A energia de interação spin-órbita e a estrutura fina dos estados excitados do átomo. O momento angular total atômico. Os níveis de energia do Hidrogênio segundo diferentes modelos quânticos.
7º Encontro 14/08
Recapitulação da matéria dada. Exercícios.
8º Encontro 16/08
Resolução de exercícios.
9º Encontro 21/08
Continuação da aula anterior. O princípio de exclusão de Pauli e a tabela periódica. A Lei de Hund. As propriedades químicas dos elementos.
10º Encontro 23/08
Continuação da aula anterior. Os espectros moleculares. As moléculas. Os movimentos de rotação e vibração moleculares. O número de massa e o número atômico dos núcleos. A hipótese dos eléctrons no núcleo. O experimento de Chadwick e a descoberta do nêutron. Exercícios.
11º Encontro 28/08
Os nuclídeos. Os isótopos, isótonos e isóbaros. Os experimentos de determinação do raio do núcleo atômico: o espalhamento de partículas alfa, a medição da energia do decaimento beta em nuclídeos especulares, o espalhamento de eléctrons de alta energia. A densidade de carga do núcleo. Exercícios.
12º Encontro 30/08
A massa dos núcleos. A determinação da massa nuclear através da espectroscopia de massa. A determinação da massa através das reações nucleares. A energia de ligação nuclear. A energia de separação do próton e do nêutron. Exercícios.
13º Encontro 04/09
A estabilidade nuclear. A curva da energia de ligação por núcleon. O gráfico de Z em função de N. Os nuclídeos estáveis e instáveis. O modelo da gota líquida. A fórmula semi-empírica da massa. Exercícios.
14º Encontro 06/09
O momento angular nuclear e a estrutura hiperfina do átomo. Exercícios.
15º Encontro 11/09
Mostra de cursos do IFPR + Iftech
16º Encontro 13/09
Mostra de cursos do IFPR + Iftech
17º Encontro 18/09
Revisões para a prova da disciplina.
18º Encontro 20/09
Primeira prova da disciplina.
19º Encontro 25/09
Correção da prova da disciplina. Os números mágicos. O modelo de camadas. A radioatividade. A taxa de decaimento. O tempo de meia vida de um núcleon. O Curie e o Bequerel.
20º Encontro 27/09
Os processos de decaimento dos núcleons. O decaimento alfa. Exercícios.
21º Encontro 02/10
O modelo dos decaimentos. O tunelamento quântico. O decaimento beta. O neutrino. A captura eletrônica. O efeito Auger. O Q das reações de decaimento e da captura eletrônica. Exercícios.
22º Encontro 04/10
O decaimento beta e o vale dos decaimentos. A datação por Carbono-14. Exercícios.
23º Encontro 09/10
O decaimento gama. A conversão interna. As séries radioativas naturais e suas leis. Exercícios. Visualização do episódio 07 da nova versão do seriado COSMOS sobre a determinação da idade da Terra.
24º Encontro 11/10
A determinação da idade da Terra, o decaimento radioativo e as consequências do Chumbo no ambiente: discussão sobre o episódio do seriado visualizado na aula anterior. Exercícios.
25º Encontro 16/10
As reações nucleares. A seção de choque nuclear. Exercícios.
26º Encontro 18/10
As interações envolvendo nêutrons. Exercícios.
27º Encontro 23/10
A fissão nuclear. Os reatores nucleares de fissão. Exercícios.
28º Encontro 25/10
A fusão nuclear. As reações de fusão terrestre. O reator de fusão nuclear por confinamento magnético. Exercícios.
29º Encontro 30/10
A fusão nuclear por confinamento inercial. A interação das partículas com a matéria. Exercícios.
30º Encontro 01/11
Os danos por radiação. Os detetores de radiação.
31º Encontro 06/11
Exercícios e revisões para a segunda prova da disciplina.
32º Encontro 08/11
Segunda prova da disciplina.
33º Encontro 13/11
Introdução à física de partículas. As 4 forças fundamentais da natureza. As partículas de campo. Pósitrons e outras partículas. Os mésons e o início da física de partículas. As partículas virtuais. Exercícios.
