Arquivo para a categoria ‘[MECÂNICA QUÂNTICA]’

A divulgação científica e alguns erros cometidos.

Antes de iniciar o artigo gostaria fazer duas propagandas. A primeira é do Clube da Física. Quando tentamos fechar a página, várias pessoas pediram para que não fizéssemos isso e ainda abríssemos um grupo para melhorar as discussões que havia nas imagens, resolvemos atender ambos os pedidos e criamos o grupo. Em pouco tempo conseguimos mais de 2,5 mil membros, entre eles temos leigos, estudantes de física, mestrandos doutorandos e até cientistas do CERN e sempre temos ótimas discussões, então se você é físico ou curioso venha participar com a gente!  

A segunda propaganda é sobre o blog Quantum Diaries do CERN. Um de seus colaboradores, Denis Damazio, está fazendo uma série de artigos com versão em português explicando detalhadamente o funcionamento do ATLAS, os artigos são excelentes e até agora ele já abordou o Calorímetro e começou a falar sobre o Trigger. Não percam essa série incrível que ele está fazendo.

Depois de quase 7 anos trabalhando com divulgação científica finalmente resolvi escrever um texto colocando meu ponto de vista sobre o assunto e o que eu aprendi com esse trabalho, vou aproveitar e tentar desmistificar algumas cosias que documentários e revistas de divulgação fazem o favor de ensinar errado.

A divulgação científica

A divulgação científica cumpre um papel fundamental na sociedade que é o de auxiliar e incentivar a alfabetização científica – Não entrarei aqui no mérito da necessidade da alfabetização científica, pois já fiz em outro texto – Porém nem tudo é tão bonito e útil assim, na verdade a divulgação científica é algo muito perigoso e, algumas vezes, ingrato.

Quando alguém se propõe a levar o conteúdo científico para a massa, se tem um grande desafio; o de pegar o conhecimento de forma bruta e lapidá-lo até chegar a uma forma que seja compreensível para um leigo. O primeiro problema é “como explicar um assunto complexo sem utilizar termos técnicos e sem matemática?”. Na tentativa de se realizar esse trabalho MUITOS erros são cometidos em nome da simplificação, muitas generalizações e distorções são feitas para se chegar a “facilidade de absorção do conteúdo”. Mas apesar desses encalços a divulgação científica hoje em dia tem cumprido o seu papel?  A resposta está longe de ser trivial e única, então nesse texto vou expor minha opinião relacionada a documentários e revista destinados a população de modo geral.

A divulgação científica deveria ter por objetivo chamar a atenção do leigo para o que de fato é a ciência, o que ela faz e como ela faz e, na atualidade, ela está longe de cumprir isso. O que temos sendo divulgado à população são matérias que se prendem em temas quase totalmente ficção científica. Não há um documentário que aborde de forma concisa as raízes da ciência, a forma de pensar dos cientistas, como a ciência é feita, os trabalhos sólidos e principalmente os conceitos básicos da fenomenologia. De que adianta uma pessoa aprender que supostamente a teoria da relatividade suporta idéias de viagens no tempo se nem ao menos essa pessoa conhece e compreende razoavelmente os postulados da teoria da relatividade, ou não conhece os conceitos básicos da conservação de energia?

O inventor da máquina do tempo.

Em nossa página é muito comum recebermos pedidos para tratarmos de “teorias” e aplicações psicodélicas envolvendo a física, como a fabricação de armas de antigravidade a partir da manipulação do gráviton (?), ou então nos depararmos com pessoas acreditando que assuntos como universos paralelos/multiversos são amplamente aceitos no meio científico.

Outro problema evidente advém das simplificações nos conceitos físicos que muitas vezes chegam a estar erradas, como o caso clássico do spin que eu mesmo já vi sendo tratado como a rotação da partícula.

 Tudo bem, nesse ponto você pode me dizer “ah, mas as pessoas irão pesquisar mais sobre o assunto e tomarão conhecimento que não é bem sim”. De tudo que percebi é que essa visão é um tanto equivocada, salvo raras exceções, poucas pessoas de fato procuram por mais informações após receberem conteúdos errados ou incompletos. Mas até mesmo quando se tenta buscar mais informações você corre grandes riscos de encontrar conteúdo ainda mais errado ou simplificado do que foi passado por documentários. Pois grande parte do conteúdo de divulgação científica em português é feito por pessoas bem intencionadas, mas que não conhecem muito sobre o assunto e acabam por propagar os erros conceituais que elas absorveram. Eu mesmo já vi muitas bizarrices em blogs e sites brasileiros, como “o big bang é uma explosão galáctica” e coisas piores.

o jornalismo científico

Do que foi exposto, vejo que a divulgação científica de grandes mídias não tem auxiliado de forma satisfatória a alfabetização científica e também não anda tendo grande êxito no incentivo da mesma.

O problema do auxilio à alfabetização científica é mais fácil de resolver do que o incentivo a ela, bastava que os documentários tirassem o foco de teóricas e conseqüências mirabolantes apenas para chamar a atenção do público leigo, dando atenção para conceitos e fenômenos fundamentais da natureza que de fato agreguem algum conhecimento que possa ser usado para entender fenômenos mais complexos e, também, que se aborde as aplicações desses conceitos e o impacto social do mesmo de forma realista.

Infelizmente essas divulgações têm conseguido passar idéias algumas vezes negativas da ciência, pois facilmente uma pessoa pode ser levada a acreditar que a ciência não passa de uma coleção de teorias malucas baseadas em achismos de cientistas igualmente malucos, abrindo verdadeiras brechas ao pseudocientificismo e a anticiência.

a visão deturpada do trabalho do cientista

Já o incentivo a alfabetização científica é um ponto muito crítico, pois ele reside muitas vezes na cultura e/ou condição social de um povo e só pode ser mudado pelo esforço de um governo comprometido com o desenvolvimento científico, tecnológico e educacional a partir de investimento de porte, cabendo aos outros meios apenas o auxilio nessa difícil empreitada.

Assim, deixo ao leitor leigo algumas dicas que você deve tomar ao assistir esses documentários e ler as matérias de revistas e jornais:

(O D-dimensões fez excelentes críticas sobre os pontos a baixo: LCEO)

1 – Cientistas divulgam seus trabalhos acadêmicos em periódicos sérios como a NATURE, SCIENCE e etc, não em livros de divulgação científica, documentários ou jornais.

2 – Muito provavelmente os conceitos que você verá na divulgação científica foram um pouco distorcidos para facilitar seu entendimento, portanto procure livros que tratem do assunto de forma mais técnica e caso tenha dificuldade em compreender mande e-mail para algum cientista que trabalhe na área!

3 – Dê prioridade para livros, principalmente desses autores: Richard Feynman, Carl Sagan, Brian Greene.

4 – As únicas duas séries que conheço que até hoje cumpriram um excelente papel foram “Cosmos” e “O Universo Mecânico”, as outras se mostraram completamente descartáveis frente a essas duas.

5 – SEMPRE cheque as fontes. Artigo sem fonte é artigo sem credibilidade NENHUMA. (sempre repare no tanto de citações e fontes que usamos nos hiperlinks e/ou ao final dos textos) 

6 – Discuta e pesquise sempre as informações obtidas em documentários.

7 – Indico a leitura dos seguintes blogs: Ars Physica, LCEO, True Singularity, Quantum Diaries. Também os canais: D-Dimensões, Felipe Massuia e Ciência no Cotidiano.

Na próxima parte desse texto eu irei tentar explicar alguns conceitos errados e suspeitos que passados pela divulgação científica.

 

Conceitos errados e suspeitos na divulgação científica.

A) O Spin

A definição de spin de muitos documentários é precária ao extremo quando se tenta simplificá-la para “A rotação da partícula, que pode ser para cima ou para baixo”. Se você parar um pouco para pensar verá que essa definição não tem sentido algum. Primeira coisa a se notar é: bósons (Fótons, Z e W, Higgs) e férmions (Quarks, elétrons) têm dimensões espaciais ou são partículas pontuais? Bom, todos sabemos, ou deveríamos saber pelos documentários que essas partículas são pontuais, ou seja, não possuem dimensões espaciais. Como aprendemos no ensino médio, apenas corpos extensos (aqueles com dimensões espaciais) podem rotacionar, objetos pontuais não podem. E agora, você ainda consegue entender o que é o spin?

Essa bagunça da definição do real significado do spin advém do fato de que ele pode ser definido como o vetor momento angular intrínseco de uma partícula, porém esse momento angular não está relacionado a uma rotação do ponto de vista clássico. Isso é tão complexo que muitos físicos iniciantes, ou que não são da área, possuem uma grande dificuldade em entender o assunto e para piorar a situação não existe um análogo correto para ele a nossa volta. Tentando facilitar nosso entendimento, mas sem perder a linha do que se considera correto, o spin é um fenômeno quântico que pode ser entendido como um grau de liberdade a mais que a partícula tem, sendo quantizado em números inteiros para bósons e números semi-inteiros para férmions. Ele também está associado com a maneira como os elétrons (férmion) ocupam os níveis de energia no átomo. O spin é uma característica intrínseca das partículas elementares e no caso do elétron, novamente, a interação entre seu spin e o momento angular de sua trajetória ao redor de núcleos atômicos é responsável pelo magnetismo da matéria.

B) Big Bang: a explosão do átomo primordial.

Apesar de muito usado, o termo “explosão” é um tanto infeliz. Isso porque explosão pode possuir muitos significados e a população leiga tende a interpretação mais corriqueira da palavra. Obviamente, a grande maioria entenderá a palavra explosão como a de uma bomba, mais precisamente a explosão de um átomo primordial como é difundido. Mas na verdade isso está bem errado!

Primeiramente não existe átomo primordial na teoria científica, nem nas equações que a descreve.  Essa hipótese foi formulada Lemaitre para tentar explicar o que havia nos primórdios do universo, sendo assim a idéia do “átomo primordial” mais “filosófica” do que científica. Segundo, não existe explosão do ponto de vista corriqueiro da palavra, o que fato acontece na teoria é uma rápida expansão de um sistema que inicialmente era quente e pequeno e com o passar do tempo ele se torna maior e mais frio, esse é o verdadeiro sentido do termo “explosão” nessa teoria.

Mas então de onde veio esse termo infeliz? Veio de uma crítica de outro cientista que não ia com a cara dessa teoria. Então ele a apelidou de “big bang” e o apelido pegou!

 - Segundo informações que recebi documentários da BBC tendem a tratar esse assunto de forma correta.

C) Antimatéria e o uso para a produção de energia limpa.

Isto é ficção científica. Antimatéria é algo que existe comprovação experimental há quase um século, desde o descobrimento do pósitron,que hoje em dia é utilizado até no diagnóstico de patologias como o câncer. Não há nada de mágico acerca de antimatéria além da sua aniquilação com partícula de matéria equivalente. Há liberação de energia quando aniquilamos matéria e antimatéria, porém se gasta muito mais energia para produzi-la do que é gerado nesse processo. Neste caso, o balanço energético torna o uso prático inviável, levando em conta todo o nosso conhecimento tecnológico.  Além disto, a quantidade de antimatéria produzida no LHC é muito pequena para qualquer fim prático.

D) Gráviton.

Aqui está outro assunto que sempre me causa problema tanto no blog quanto na página, pois sempre recebemos pedidos para abordá-lo.

Mas afinal o que é o gráviton? Ele seria nada mais do que um bóson sem massa proveniente de um campo tensorial (se você leu meu artigo sobre “a quantas anda o bóson de higgs”, conseguirá entender melhor o assunto) e, a mesma forma que o fóton é responsável pela transmissão das forças eletromagnéticas, o gráviton seria responsável pela força gravitacional. Até aí tudo certo, PORÉM o gráviton é uma partícula hipotética, pois além de termos uma enorme dificuldade em encontrá-los, devido à fraqueza da gravidade, ainda existem várias incoerências que surgem quando utilizamos a idéia do gráviton nas teorias que temos hoje. Assim é impossível dizer qualquer coisa sobre a aplicação disso na tecnologia, pois a teoria e a experimentação são problemáticas e ainda temos grandes dúvidas sobre sua existência.

E) Viagens no Tempo e Buracos de minhocas.

Como muito divulgado, as viagens no tempo encontraram na teoria da relatividade alguns fatores que dão suporte à sua existência. Um desses fatores, e o mais abordado pela mídia, são os buracos de minhoca (Wormhole), mas de fato isso existe? É amplamente aceito pela ciência ou é apenas especulação?

A teoria da existência de Wormholes é amparada por soluções um tanto consistentes da teoria da relatividade, porém pra sustentá-la você precisaria de matéria de densidade de energia negativa, que é uma condição que geralmente se assume que não é verdade, uma vez que não temos indícios dela. Outro fator é que Wormholes dão problemas com causalidade, criando verdadeiros paradoxos lógicos. Esses problemas fazem com que no momento essa teoria seja bastante controversa e especulativa, além de que não sabemos se a idéia dos wormholes prevalecerá validas com uma futura teoria da gravidade quântica. Então, atualmente, viagens no tempo por buracos de minhocas são especulações baseadas em outras especulações, fazendo com que seja mais ficção científica do que ciência!

F) Bóson de Higgs é o Gráviton?

Essa questão eu nunca vi sendo abordada em documentários, porém ela é muito perguntada em fóruns e blogs.

Como eu disse no meu ultimo texto (a quantas anda o Bóson de Higgs), a teoria proposta por Higgs et al. diz que a massa de parte das partículas que conhecemos é proveniente de um campo escalar chamado de campos de Higgs, e oscilações nesse campo são entendidas como partículas pela teoria quântica de campos, assim chamamos essa partículas de bóson de Higgs. Esse bóson é massivo e possui spin 0 (spin zero significa que ele é proveniente de um campo escalar). Já o gráviton é um bóson proveniente do campo gravitacional responsável por transmitir a força gravitacional, não possuiria massa e seu spin seria 2, pois ele é proveniente de um campo tensorial. Com isso podemos ver que eles são bósons de campos diferentes, com funções diferentes e características diferentes.

G) Cientistas sabem de tudo.

(Resolvi aborda esse assunto, pois recentemente abrimos para a página a possibilidade de se fazer perguntas para um físico experimental do CERN que trabalha diretamente com o acelerador e tivemos muitas perguntas sobre matéria escura, origem do universo e mais coleção de perguntas que em nada tinha a ver com a área dele.)

Esse é um erro clássico de pessoas que não estão envolvidos com a ciência, mas não precisamente um erro passado pelos documentários. Cientistas, assim como qualquer outro profissional de áreas muito amplas, são especializados em determinadas áreas. Ou seja, um cientista que trabalha com cristais líquidos não terá conhecimento sobre matéria escura ou sobre a unificação das quatro forças fundamentais da natureza, da mesma forma que um físico que trabalhe com teoria da relatividade não tem, no geral, conhecimento sobre a área de fototérmica. Um exemplo, quando eu fui tentar escrever um pouco sobre buraco de minhoca eu pedi ajuda a um amigo da área, isso porque esse assunto não faz parte da minha área de estudo, então só sei o básico. Da mesma forma acontece com cientistas, eles tem conhecimento sobre termodinâmica, eletromagnetismo, quântica, mecânica e ótica, pois fazem parte da grade básica de um físico, porém assuntos mais complexos exigem que se especializem na área. Então quando for perguntar algo para um cientista, conheça a área de pesquisa dela, pois só assim você poderá confiar nas respostas que ele pode te dar.

OBSERVAÇÕES FINAIS:

1 – Retive-me aqui a criticar a divulgação científica por meio de documentários vinculados a grandes mídias e revistas de grande circulação de forma geral, não quis falar sobre o trabalho jornalístico no assunto para evitar o uso de palavrões, mas aqui tem um exemplo disso: Sobre a Importância do Jornalismo (científico) para a Sociedade.

 2 – Obviamente que alguns documentários e revistas não se encaixam nessa crítica que fiz, pois para tudo existem exceções. 

[Thiago M. Guimarães]

E o bóson de Higgs a quantas anda?


Artigo inédito finalmente! Nos últimos meses o mundo parou. Os geeks e nerds ficaram mais ansiosos do que a população em final de copa do mundo, mas a grande maioria não entendeu nada quando o CERN anunciou a descoberta de um bóson que poderia ser o Higgs. A confusão por parte da mídia foi grande, vários noticiários disseram que a “Partículas de Deus foi encontrada” (SIC) e todo mundo deve ter ouvido ao menos alguém se perguntar “Mas que p*#%! essa partícula muda na minha vida?”

Muitos blogs brasileiros se propuseram a falar sobre o assunto, mas de todos que eu conheço só indico dois: o Ars Physica e o LCEO. Esse artigo aqui é totalmente baseado em alguns textos publicados por esses dois blogs e mais alguns artigos científicos. Obviamente se o leitor for um físico ele ficará frustrado com esse texto, portanto não perca seu tempo e vá ler os blogs que indiquei, lá eles irão tratar do assunto com um belo rigor.


O foco desse texto é abordar de forma simples e mais correta possível sobre o que é o bóson de Higgs, sua importância e o que foi descoberto no LHC de fato. Obviamente será uma tarefa complicada e desde já peço desculpa por algumas generalizações.

Indo ao assunto finalmente, o que é de fato esse bóson pop star?

Nós sabemos que a matéria é formada por átomos e até não muito tempo atrás acreditávamos que o átomo era a menor partícula possível da matéria, por isso ele possui essa nome, que significa “não divisível”. Porém, com a curiosidade dos cientistas, se descobriu que os átomos eram compostos de outras partículas menores, como os elétrons, prótons e nêutrons, assim o nome átomo parou de fazer sentido e se tornou meramente um nome. Mais recentemente se descobriu que o próton e o nêutron poderiam ser divididos em partículas ainda menores, chamadas de quarks. No decorrer do século passado foi descoberto um grande número de partículas novas que possuíam propriedades características diferentes entre si.  Os físicos viram então a necessidade de organizar seu grande armário de partículas elementares para a coisa não ficar bagunçada.

A primeira coluna são as partículas estáveis do nosso universo. Em rosa, as partículas responsáveis pelas forças da natureza (elétrica, nuclear forte e nuclear fraca).

As partículas fundamentais foram dividas em dois grandes grupos chamados de Férmion e Bóson. Esses dois grupos são fundamentalmente diferentes. O primeiro é composto por partículas de matéria propriamente ditas (SIC) e possuem spin semi-inteiro, 1/2, 3/2, 5/2, por exemplo. Dentro desse mesmo grupo as partículas são divididas em 12 subclasses chamadas de sabores, esse nome sempre gera piadinhas que são tão toscas quanto à do pavê que seu tio insiste em fazer todo domingo na reunião de família. Entre essas partículas estão os elétrons, vários sabores de quarks e de neutrinos. Quando juntamos esses quarks eles formam partículas maiores chamadas de hadrons – que é exatamente o que significa aquele H do LHC – que compreendem os prótons, nêutrons e mésons, basicamente.

Por sua vez o grupo dos bósons é composto de partículas que, de forma geral, são mediadoras de campos e possuem spin inteiro, 0,1,2. Os bósons com spin 1 são chamados de bósons vetoriais, de spin 2 são tensoriais e os bósons de spin 0 são chamados escalares. Dentro desse grupo temos o fóton, que é o mediador de interações elétromagnéticas, o glúon, os bósons Z e W que são responsáveis pela mediação da força nuclear fraca e bóson de Higgs, que por sua vez é mediador de massa.

Quando juntamos todas essas partículas fundamentais, temos um zoológico de partículas chamado de “Modelo Padrão”. Esse modelo é muito bonito e funciona muito bem, é quase como uma tabela periódica dos físicos de partículas. Mas existe um “porém” nessa beleza toda, falta uma partícula para fechar esse modelo, o maldito bóson de Higgs. Tão maldito que o físico norte americano Lederman escreveu na década de 90 um livro chamado The Goddamn Particle, A partícula maldita em uma tradução literal, mas os editores acharam mais legal trocar o nome para The God Particle, A Partícula Deus. Como era de esperar foi uma cagada homérica que só deu dor de cabeça para os físicos.

Mas enfim, que diabos é essa partícula exatamente? Obviamente a resposta correta e formal para essa pergunta me custaria muitas páginas e exigiria uma boa quantidade de matemática. Por esse motivo irei me ater a uma explicação superficial, mas ainda sim dentro da margem do que se considera correto.

Nossa charmosa teoria que descreve as interações entre as partículas e forças funciona muito bem, mas existe um problema que tira o sono de muitos cientistas. A teoria diz que as partículas deveriam não ter massa e, portanto viajar a velocidade da luz, como acontece com o fóton. Entretanto as partículas que conhecemos têm massa, então alguma coisa deve estar errada ou não estar sendo considerada. Para sanar esse problema muitas propostas surgiram, entre elas uma bem elegante dizia que existia um campo responsável por frear essas partículas e esse freamento poderia ser entendido como a “massa” dela. E se produzíssemos uma perturbação nesse campo iríamos gerar ondulações que na teoria quântica de campos são vistas como partículas. Então chama-se as oscilações no campo de Higgs de bóson de Wally Higgs e é exatamente isso que o LHC tenta fazer, criar essas perturbações.

Uma excitação numa corda cria um pulso que se propaga ao longo dela. Analogamente, uma excitação no campo de Higgs é interpretada como partícula, o bóson de Higgs.

Assim, a grosso modo, o bóson de Higgs é responsável por dar massa às partículas, mas existe um pequeno misconception passado por muitas pessoas nesse ponto e que pode surpreender você. A existência do bóson de Higgs nos mostraria a origem direta da massa de apenas 1% das partículas que conhecemos, como o elétron, e não de TODA a matéria do universo. Porém mesmo que a massa de outras partículas, como o próton, tenha origem na força nuclear forte elas são afetadas diretamente pelo campo de Higgs (note que falei campo e não bóson), assim podemos considerar que estudos sobre o campo e o bóson de higgs têm efeitos praticamente sobre toda a matéria ordinária que conhecemos. Caso você queira uma segunda explicação bem didática veja esse artigo: Dossiê Higgs

A busca pela partícula maldita começou antes do LHC, no acelerador Tevatron que funcionou até 2011 no Fermilab, EUA (eu particularmente tinha uma questão de feeling com esse). No final da década de 90 e começo de 2001 esse acelerador passou por algumas modificações para realizar o seu Run II que durou até encerrar suas atividades em 2011. A intenção primordial era estudar o quark Botton, porém houve a possibilidade de se estudar o bóson de Higgs associado aos bósons w e z, uma vez que eles decaiam em quarks botton. No geral o estudo foi um grande sucesso tanto para os quarks botton quanto para o bóson de Higgs. Na física de partícula a confiança estatística de que a partícula exista é dada em sigmas, quanto maior o sigma melhor, mas a partir de 5σ já é possível anunciar a descoberta de uma nova partícula, por sua vez o Tevatron conseguiu 3σ para o bóson de Higgs.

O simpático senhor Higgs

Nesse tempo de árduo trabalho do Tevatron, o LHC ficou pronto e como trabalha com energias mais altas a chance de se obter uma medida mais precisa que 3σ era bem maior. E foi exatamente isso que aconteceu, no dia 4 de julho os cientistas anunciaram a significância combinada de 5σ e dias depois subiram para 5.9σ. Ou seja, encontraram algo bem na faixa de energia onde o safado do bóson de Higgs deveria estar. Nesse momento teve choro, abraços, jogaram calcinhas nos cientistas e tudo deve ter acabado numa cervejada ao som das Les Horribles Cernets. Além dessa ótima comemoração teve também a enxurrada de cagadas jornalísticas que despertaram a fúria de alguns cientistas, até a emissora de TV Al Jazira falou enfaticamente sobre o assunto e muitos sites intitularam seus artigos de “Encontraram a partícula de Deus”.

Mas na verdade a história não é bem assim, pois não se pode afirmar ainda que a partícula encontrada é de fato o Higgs e que é exatamente como se esperava que ele fosse. E você deve estar se perguntando “mas como assim, se tem algo lá onde ela deveria estar, como não seria ela?”.

Por ironia os cientistas não estão conseguindo descobrir se o bóson encontrado é um bóson escalar, como o Higgs deveria ser, ou se é um bóson tensorial, que possui spin 2. Caso o spin seja de fato 2, qual será esse campo tensorial do qual essa partícula é proveniente? Por causa disso nesse exato momento tem muita gente se descabelando para tentar achar uma forma para se determinar o spin correto da partícula encontrada. Como isso será feito no momento é um mistério, mas é possível encontrar uma quantidade considerável de artigos propondo formas interessantes de se fazer isso, mas não irei entrar em detalhes sobre o assunto, pois o Rafael Lopes fez isso muito melhor do que eu poderia fazer. 

Para deixar as coisas mais animadas, recentemente pesquisadores do Max Planck em parceria com outros de Harvard e da Caltech publicaram um artigo de seis páginas na Nature, com o título “The ‘Higgs’ amplitude mode at the two-dimensional superfluid/Mott insulator transition”, em que afirmam ter encontrado excitações do tipo Higgs, em um experimento bem diferente do LHC. Na verdade se tratava de um experimento com superfluido, onde essa excitação foi observada na transição de fase quântica. Esse artigo foi bem legal de se ler e eu o encontrei no arxiv para que vocês possam lê-lo também. Mas por qual motivo eu resolvi abordar isso aqui? Simples, já vi notícias por aí “gritando” que encontraram o bóson de Higgs fora do LHC. A primeira impressão que se tinha era que não seria necessário gastar aqueles bilhões de euros, já que seria possível encontrar a coisa de forma rápida e barata. Mas na verdade o artigo não segue essa linha alarmista e nem se quer trata exatamente da mesma coisa. Há um tempo os cientistas vêm tendo algumas discussões teóricas sobre a possibilidade de encontrar essas excitações em determinados sistemas, e se fosse possível quais seriam suas características? E o que eles conseguiram foi exatamente observar essas excitações em um sistema ultrafrio.

Mas para compreender do que se trata e qual a real relação com o Higgs temos que entender uma coisa: Sabemos que as equações que regem a natureza podem possuir certa simetria, ou seja, podemos submetê-las a determinadas transformações e elas continuam sendo as mesmas. Porém quando extraímos as soluções dessas equações e a submetemos a essas mesmas transformações elas se comportarem de forma diferente, ou seja, não mantiver a simetria, nós dissemos que houve uma quebra espontânea da simetria. E tudo parte daí, pois o mecanismo de Higgs é um mecanismo de quebra espontânea de simetria, e é nesse momento que as partículas ganham massa. Mas esse assunto já era famoso e muito estudado em Física do Estado Sólido, pois esse fenômeno ocorre na transição de fase quântica. (para maiores informações veja esse texto

quebra de simetria no campo de Higgs

Para trazer isso mais perto do seu dia-a-dia, essa quebra espontânea pode ocorrer em sistemas ferromagnéticos e em supercondutividade. Nesses sistemas existem umas partículas sem massa, ou quase-partículas, como os famosos modos de Nambu-Goldstone.

Se formos botar em panos limpos e comparar o Higgs do LHC com o do Max Planck, vemos que a relação entre as duas coisas é apenas que os modelos são de partículas sem massa que ganham massa a partir da quebra da simetria, uma global e outra local. Assim podemos dizer que os dois bósons não estão diretamente relacionados, já que um trata da geração de massas para partículas elementares e outro de geração de massa para quase-partículas em sistemas quânticos. Eu fiz um detalhamento um pouco maior no seguinte artigo: “Bóson de Higgs fora do LHC?

De tudo isso podemos notar que as coisas não são as mesmas como afirmam e que esse assunto é comum de se ver em papers da área, pois o Mecanismo de Higgs, modos de Higgs, amplitude de Higgs em Física da Matéria Condensada já é algo abordado há algum tempo.

Eu pensei muito em encerrar o artigo falando dos “riscos” do LHC e de toda aquela encheção de saco de “o investimento não compensa, seria melhor doar para a áfrica”, até porque atualmente virou moda entre os “humanistas” de facebook criticar a NASA e estender essa crítica ao CERN fica fácil. Mas eu já cansei de falar sobre esses assuntos em outros textos, então deixarei duas boas dicas de leitura:

Físicos contra a “arrogância da ignorância” do Manhattan

Tá, mas para quê serve esse tal de Higgs?

Irei encerrar de forma clichê :). O bóson de Higgs é uma partícula mediadora de massa proveniente do campo de Higgs, que ainda não sabemos se realmente a encontramos ou se é uma partícula impostora tentando se passar por ela. Talvez o resultado venha em breve e podemos apostar em um prêmio Nobel de física vindo por aí. Estamos diante de um dos grandes avanços da ciência dos últimos anos e para nós têm sido realmente muito excitante, esperamos que para vocês também!

Algumas fontes interessantes:

 http://lceo.wordpress.com/2011/12/15/dossie-higgs/

-http://physicsact.files.wordpress.com/2009/06/jornal-ed1.pdf

-http://cms.web.cern.ch/node/1187

http://cms.web.cern.ch/news/why-would-i-care-about-higgs-boson

-http://io9.com/5890884/10-weird-stories-about-the-higgs-boson

http://lhc.web.cern.ch/lhc/

http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011

http://public.web.cern.ch/public/en/science/higgs-en.html

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0601168

http://arxiv.org/abs/1107.4592v1

http://arxiv.org/abs/hep-th/0603022

-http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/06/08/scientists-present-first-bread-and-butter-results-from-lhc-collisions/

http://arxiv.org/abs/1001.4162

http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/Higgs-mass-constraints-20100726-images.html

-http://arxiv.org/abs/1107.5518

http://arxiv.org/abs/1202.1408

http://arxiv.org/abs/1202.1488

http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1112/1112.5431v1.pdf

http://arxiv.org/abs/0907.3466

http://www.exploratorium.edu/origins/cern/ideas/higgs.html

http://cms.web.cern.ch/news/search-higgs-boson-ww%E2%88%92-production

http://www.higgsboson.nl/

[Thiago M. Guimarães]

Bóson de Higgs fora do LHC?

Por esses dias estava pesquisando algumas coisas sobre o bóson de higgs para ver como os blogs estavam noticiando a descoberta do LHC do suposto bóson.  Nessa busca me deparei com umas notícias sensacionalistas de que encontraram o bóson de higgs fora do LHC, para ser mais específico em um experimento com superfluidos no Max Planck. Logo notei que estavam fazendo confusões e fui procurar o artigo original que tinha sido publicado há pouco tempo na Nature, que também encontrei ele no arxiv

O estudo foi realizado por pesquisadores do Max Planck em parceria com outros de Harvard e da Caltech, eles publicaram um artigo de seis páginas na Nature, com o título “The ‘Higgs’ amplitude mode at the two-dimensional superfluid/Mott insulator transition”, em que afirmam ter encontrado excitações do tipo Higgs, em um experimento bem diferente do LHC. Na verdade se tratava de um experimento com superfluido, onde essa excitação foi observada na transição de fase quântica. 

Há um tempo os cientistas vêm tendo algumas discussões teóricas sobre se seria de fato possível encontrar essas excitações em determinados sistemas, e se fosse possível quais seriam suas características. E o que eles conseguiram foi exatamente observar essas excitações em um sistema ultrafrio.

Mas para compreender do que se trata e qual a real relação com o Higgs temos que entender algumas coisas. Primeiramente temos que saber que as equações que regem a natureza podem possir certa simetria, ou seja, podemos submetê-las a certas transformações e elas continuam sendo as mesmas. Porém quando extraímos as soluções dessas equações e a submetemos a essas mesmas transformações e elas se comportarem de forma diferente, ou seja, não mantêm a simetria, nós dissemos que houve uma quebra espontânea da simetria.  E tudo parte daí, pois o mecanismo de Higgs é um mecanismo de quebra espontânea de simetria, e é nesse momento que as partículas ganham massa. Mas esse assunto não novidade alguma em Física do Estado Sólido, pois esse fenômeno ocorre na transição de fase quântica. Caso queira se aprofundar de forma mais correta no assunto veja esse ótimo artigo.

Para trazer isso pra mais perto do seu dia-a-dia, essa quebra espontânea pode ocorrer em sistemas ferromagnéticos e em supercondutividade. Nesses sistemas existem umas partículas sem massa, ou quasi-partículas, que na verdade são modos de excitação coletiva em sistemas quânticos. Um exemplo muito famoso são os modos de Nambu-Goldstone.

Podemos ver a relação entre a pesquisa do Max Planck e o Higgs se aprofundarmos um pouco na história. O mecanismo de Higgs surgiu entre os físicos teóricos pela primeira vez para explicar quebras de simetria nesses sistemas e como os modos de Nambu-Goldstone adquirem massa. A conexão com o Modelo Padrão de Partículas elementares é que na época em que Higgs propôs o modelo, existia outro modelo para interação Fraca chamado de modelo de Glashow que tinha um único grande problema: os bósons intermediadores não possuíam massa, mas os físicos sabiam que eles deviam possuir, já que a interação era de curto alcance¹. Nesse cenário, Weinberg teve uma idéia genial: utilizar o mecanismo de Higgs na teoria de Glashow e ver se os bósons adquiriam massa da forma correta. Surgia aí a teoria GWS (Glashow, Weinberg, Salam), que hoje é conhecida como Modelo Padrão das Partículas Elementares.

Se formos botar em panos limpos e comparar o Higgs do LHC com o do Max Planck, vemos que a relação entre as duas coisas é apenas que os modelos são de partículas não massivas que ganham massa a partir da quebra da simetria, uma global e outra local. Assim podemos dizer que os dois bóson não estão diretamente relacionados, já que um trata da geração de massas para partículas elementares e outro de geração de massa para quasi-partículas em sistemas quânticos.  

De tudo isso podemos notar que as coisas não são as mesmas como afirmam e que esse assunto é comum de se ver em papers da área, pois o Mecanismo de Higgs, modos de Higgs, amplitude de Higgs em Física da Matéria Condensada já é algo abordado há algum tempo. 

¹- Interação de curto alcance se diz daquelas que só existem quando as partículas estão próximas, essas interações são mediadas por bósons massivos, já interações de longo alcance são mediadas por bóson sem massa, como campo elétrico que tem o fóton como seu mediador.

Apesar do texto curto, foi um tanto trabalhoso pensar em como abordar isso sem apelar muito e ao mesmo tempo sem deixar escapar coisas muito importantes. Portanto gostaria de agradecer e dedicar o texto ao Allan Gonçalves, ao Daniel Lopes e a Rúbia pela ajuda e correção.

[Thiago M. Guimarães]

5 Curiosidades sobre Neutrinos

1 – O que são neutrinos?

“São partículas de carga neutra e com massa quase zero, essas partículas pouco interagem com a matéria e vem em três sabores* conhecidos, com massas e quantidades energéticas diferentes. Eles são produzidos de reações de fissão e fusão nuclear, também são encontrados durante o decaimento radioativo.”

Previsto pela primeira vez em 1930 por Wolfgang Pauli, que ganhou um prêmio Nobel por este trabalho em 1945, essa partícula foi proposta para garantir a conservação da energia no decaimento beta.  Os neutrinos podem atravessar anos-luz de chumbo sólido sem interagir com um só átomo devido a sua pouca interação com a matéria.

Apenas em 1956 que os neutrinos foram finalmente detectados por Frederick Reines (1918-1998) e Clyde L. Cowan Jr (1919-1974), que foram emitidos de um reator nuclear e somente em 1995 que Reines ganhou o prêmio Nobel pela descoberta.

Em 1968, Raymond Davis Jr. (1914-2006) e seus colaboradores, do Brookhaven National Laboratories, decidiram detectar estes neutrinos colocando um tanque com 600 toneladas (378 000 litros) de fluído de limpeza percloroetileno (C2Cl4), do tamanho de um vagão de trem, no fundo de uma mina de ouro a 1500m de profundidade na cidade de Lead, na Dakota do Sul. Como aproximadamente um quarto dos átomos de cloro está no isótopo 37, ele calculou que dos 100 bilhões de neutrinos solares que atravessam a Terra por segundo, onde um neutrino eletrônico ocasionalmente interagiria com um átomo de cloro, transformando-o em um átomo de argônio e um elétron. Como o argônio37 produzido é radiativo, com vida média de 35 dias, é possível isolar e detectar estes poucos átomos de argônio dos mais de 1030 átomos de cloro no tanque. Periodicamente o número de átomos de argônio no tanque seria medido, determinando o fluxo de neutrinos.

Quando o experimento começou a funcionar, quase nenhum neutrino foi detectado. De acordo com a melhor estimativa teórica, deveriam ser detectados alguns eventos por dia, demonstrando que nossa compreensão do Sol, ou dos neutrinos, não era tão completa quanto se acreditava. A diferença entre o experimento e a teoria passou a ser conhecida como o problema do neutrino solar. Davis recebeu o prêmio Nobel em 2002, pela sua descoberta.

 No princípio acreditava-se que o neutrino não teria massa de repouso, após vários experimentos que encontraram “o problema do neutrino solar” junto com os experimentos que conseguiram detectar o espectro dos três sabores de neutrinos, assim foi possível verificar que o neutrino tem massa! Isso porque os neutrinos oscilam em seus sabores, ou seja, o neutrino eletrônico oscila para o neutrino tauônico e/ou para o neutrino muônico. Mas tivemos mais uma descoberta reveladora, que além dos neutrinos terem massa as suas massas são diferentes, só que não conseguimos saber com precisão a massa de cada neutrino apenas pela sua oscilação.

Esta massa pode ser detectada em laboratório, e existem diversos experimentos em elaboração para medi-la, mas até agora só se conseguiu medir limites superiores [m(νe)c2 < 2,2 eV para o neutrino do elétron, 170 keV para o neutrino do muônico e 15,5 MeV para o neutrino do tauônico), da ordem de centenas de vezes menor que a massa do elétron.

Outra característica é que os três sabores de neutrinos tem quantidades energéticas diferentes.

* Sabor, na física de partícula, é o número quântico da partícula elementar. Por sua vez números quânticos descrevem os valores das quantidades conservadas na dinâmica do sistema quântico.

2 – Neutrinos e seus sabores

“Os sabores conhecidos dos neutrinos são: tauônicos, muônicos e eletrônicos. O neutrino mais massivo e energético é o eletrônico, que é detectado com maior facilidade. Sua detecção acontece devido à interação fraca, mas existe a possibilidade de haver mais um sabor de neutrino que não tem interação fraca, sendo mais difícil sua detecção.”

O nome “neutrino” foi dado pelo físico Enrico Fermi, por ser um “pequeno nêutron” (em italiano), além disso, os sabores têm uma nomenclatura diferente devido ao lépton que o acompanha na interação fraca, sejam eles: neutrino do elétron (ou neutrino eletrônico), neutrino do múon (ou muônico) e neutrino do tau (ou tauônico).

Os primeiros experimentos, que tentaram detectar os neutrinos emitidos pelo Sol, o neutrino observado era apenas o eletrônico, o que demonstrava um grande déficit na quantidade de neutrinos previstos teoricamente, então foi necessário fazer novos experimentos para tentar encontrar possíveis motivos para esse déficit.

A partir disso foi feito o experimento no SuperKamiokande, o qual mostrou que existe um processo de mudança de um sabor de neutrino para outro. Esse processo chama-se oscilação de neutrinos e foi detectada em 1998. Após isso, em 1999 no Sudbury Neutrino Observatory, em Ontário, Canadá, foi medido um fluxo de neutrinos provenientes da reação envolvendo o Berílio8. Evidenciando a oscilação de neutrinos e indicando que a soma das massas dos 3 tipos de neutrinos está entre 0,05 a 8,4 eV. Se não houvesse oscilação, deveriam ser observados 30 neutrinos por dia, mas somente 10 foram observados.

Recentemente pesquisadores em um novo experimento chamado MiniBooNE detectaram oscilações mais do que seria possível se houvesse apenas três sabores. A explicação mais simples seria a adição de um novo neutrino, o qual não interagiria pela força fraca, sendo assim mais difícil sua detecção.  Esta pesquisa é financiada pelo Fermilab, o Departamento de Energia e do National Science Foundation.

3 – Dimensões extras?

“A maioria das partículas vem em duas variedades: as que giram no sentido horário e as que giram no sentido anti-horário. Neutrinos são as partículas que só parecem girar no sentido anti-horário. Alguns teóricos dizem que isto é evidência de dimensões extra, que pode hospedar o neutrino “ausente”, que gira no sentido horário”.

Pesquisadores envolvidos no estudo do Fermilab, MiniBooNE, que detecta neutrinos, anunciaram que haviam encontrado uma anomalia surpreendente, um número inesperadamente elevado de partículas na faixa de baixa energia (inferior a 475 milhões de elétron-volts) tinham se transformado em neutrinos de elétrons. Após um ano de análise, os pesquisadores não conseguiram chegar a uma explicação convencional para este chamado excesso de baixa energia. O mistério chamou a atenção para uma hipótese intrigante e muito pouco convencional: um quarto tipo de neutrino pode estar saltando para dentro e para fora das dimensões extras.

Os teóricos das cordas, que buscam unificar as leis da gravidade com os da mecânica quântica, há muito previram a existência de dimensões extras. Mas uma partícula chamada neutrino estéril que interage com outras partículas apenas através da gravidade, seria capaz de viajar para dentro e para fora da brana**, tomando atalhos através das dimensões extras. Em 2005, Pas Heinrich, hoje na Universidade de Dortmund, na Alemanha, Sandip Pakvasa da Universidade do Havaí e Thomas J. Weiler, da Universidade Vanderbilt previram que as peregrinações extradimensionais dos neutrinos estéreis aumentaria a probabilidade de oscilações de sabor com baixas energias, exatamente o resultado encontrada em MiniBooNE dois anos mais tarde.

**As p-branas são objetos estendidos que surgem da Teoria das Cordas em p dimensões. Uma brana com p=1 é uma corda, uma brana com p=2 é umamembrana, uma brana com p=3 possui três dimensões estendidas, etc

4 – Neutrinos e a matéria escura

“Em nosso Universo conhecemos apenas 5% da matéria que o constitui, o restante é matéria escura e energia escura, algo ainda misterioso para nós. Alguns estudos mostram que neutrinos podem constituir 10% da matéria escura conhecida.”

Um estudo, realizado por Theo M. Nieuwenhuizen e Andrea Morandi (2011), demonstram que se a matéria escura do cúmulo de galáxias Abell é modelada como um gás degenerado isotérmico de férmions, então as lentes gravitacionais fortes e fracas podem ser explicadas por neutrinos degenerados de massa 1,5 eV/c². Com esta massa as três espécies de neutrinos corresponderiam a cerca de 10% da matéria escura.

5 – Transferência de dados

“Sim é possível transmitir dados através dessas partículas que pouco interagem com a matéria. Um grupo de quase 100 físicos usou um acelerador de partículas do Fermilab para codificar a mensagem “neutrino” num feixe dessas partículas, esses dados foram enviados para um detector a 1.035 quilômetros dali. No teste, foram gastas duas horas para transmitir os bits.”

O uso dessas partículas fundamentais tem sido propostas para ambientes onde as ondas eletromagnéticas são amortecidas ou de difícil penetração, comunicação com submarinos, comunicação interestelar, também pode ser útil na exploração planetária quando um corpo planetário bloqueia o elo de comunicação e também na troca segura de códigos de encriptação. Desta forma os neutrinos tem gerado grande interesse, pois atravessam barreiras impenetráveis para as ondas eletromagnéticas como as de rádio, usadas nas telecomunicações. 


No experimento os neutrinos atravessaram 240 metros de rocha para chegar ao detector,
100 metros abaixo da superfície. Mas para essa tecnologia ser aplicada serão necessários imensos avanços para que ela se torne útil.

http://physicsact.wordpress.com/2011/10/02/neutrinos-tudo-que-voce-precisa-saber/

http://physicsact.wordpress.com/2011/03/17/experimento-de-fisica-encontra-violacao-da-simetria-materiaantimateria/

http://physicsact.wordpress.com/2007/11/26/compreendendo-a-oscilacao-dos-neutrinos/

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis01043/20031/Silvana/page1.html

http://astro.if.ufrgs.br/estrelas/node11.htm

http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/04/10/transmissao-wireless-com-neutrinos/

http://wwwphy.princeton.edu/borexino/nu-mass.html

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=fermilab-looks-for-visitors

http://arxiv.org/pdf/hep-ph/0008032v1.pdf

http://tinyurl.com/cn96cjt

http://arxiv.org/pdf/1103.6270v1.pdf

http://arxiv.org/pdf/1203.2847v1.pdf

http://www.on.br/site_edu_dist_2011/pdf/modulo1/3-particulas.pdf

 

5 curiosidades sobre o Bóson de Higgs

1 – O que é o Bóson de Higgs?

“O Bóson de Higgs é uma partícula prevista pelo modelo padrão de partículas elementares. Acredita-se que essa partícula é a responsável por fornecer a massa das outras partículas que conhecemos.”

Tudo que observamos no nosso dia a dia possui massa. É algo presente na nossa vida. Mas de onde vem esta massa? Quando estudamos a composição microscópica da matéria chegamos à conclusão que ela é formada por diversas partículas elementares. Estas partículas elementares também possuem massa, pequena, no caso do elétron ou muito grande, como nos quarks mais pesados. O problema é que o modelo construído para explicar a interação entre estas partículas é mais simples se as suas massas forem nulas. Então temos um problema sério: Como explicar a massa das partículas elementares e, conseqüentemente, a nossa?

Na tentativa de explicar a massa, Peter Higgs propôs a existência de um campo, presente em todo o espaço.  As partículas podem, então, interagir com este campo, adquirindo algo que interpretamos como massa. A interação entre as partículas e este campo se dá através de um mediador sendo, neste caso, o Bóson de Higgs. Ainda sim esse Bóson explica apenas 1% das massas das partículas, uma vez que a massa dos outros 99% é explicada pela interação forte.

2 – O que ele tem a ver com Deus?

“Nada! O termo “partícula de Deus” é uma tradução errada do livro “The God Particle” do físico Leon Lederman. O termo inicial usado pelo próprio físico era “Goddamn Particle”, partícula maldita, por ser muito difícil de ser encontrada, mas a editora achou mais chamativo o nome God Particle.”

Esse termo é, talvez, um dos piores que se poderia utilizar para se tratar do Bóson de Higgs. É corriqueiro, em site de noticia, nos depararmos com dezenas de comentários de pessoas que acreditam que a ciência está querendo provar a existência ou não de Deus. Isso é um grande equivoco causado por um apelido muito infeliz!

O físico Leon Lederman escreveu um livro intitulado “The God Particle”, equivocadamente a tradução dói “Partícula DE Deus” quando na verdade deveria ser “Partícula Deus”. Também é comentado pelo físico que o apelido dado por ele era inicialmente “Goddamn Particle”, algo como “Partícula Maldita”, era devido a dificuldade em se encontrar ela.

3 – O que experimento do bóson de Higgs tem a ver com o Big Bang?

“A pesquisa para encontrar o Bóson de Higgs está ocorrendo no LHC junto a várias outras pesquisas e uma delas é a pesquisa sobre o Plasma de Quarks e Gluons, é nessa pesquisa, e não na do bóson de higgs, que são criadas condições similares a dos momentos iniciais do nosso universo.”

No LHC espera-se encontrar o Bóson de Higgs em experimento com colisões de prótons (p-p) porém a analogia com Big-Bang não tem origem nessas colisões e sim nas colisões nas colisões Pb-Pb. Um dos objetivos de realizar colisões Pb+Pb no LHC (ou Au-Au no RHIC) é produzir e estudar o plasma de quarks e glúons. Este plasma é um estágio da matéria nuclear no qual quarks e glúons se movimentam livremente.  Como a transição de fase para este estado necessita de temperaturas (ou densidades) muito elevadas, acredita-se que o Universo, nos instantes após o Big-Bang, encontrava-se neste estado, ou que ele ainda exista no interior de estrelas de nêutrons. Neste caso, com estas colisões, podemos recriar as condições da matéria em instantes após o Big-Bang e estudá-la. Não vamos criar um novo Big-Bang, novo Universo, ou qualquer coisa semelhante. Vamos apenas estudar as propriedades da matéria nuclear em situações similares àquelas nos instantes iniciais da evolução do Universo.

4 – Qual a importância de conhecê-lo?

“Medir o Bóson de Higgs não revoluciona a física, pois é algo previsto e razoavelmente aceito, em geral, há bastante tempo. Contudo será importante para confirmar as hipóteses acerca da origem da massa de tudo que conhecemos, o que é um grande passo na nossa compreensão da Natureza.”

O Bóson de Higgs é a única partícula do Modelo Padrão que ainda não foi medida. Por ser uma partícula muito massiva (medidas do Fermilab e CERN sugerem um limite inferior de ~100-150 GeV/c²) são necessárias colisões de altíssima energia para medi-la. O LHC estaria, a princípio, no regime energético necessário. Medir o Bóson de Higgs não revoluciona a física, pois é algo previsto e razoavelmente aceito, em geral, há bastante tempo. Contudo será importante para confirmar as hipóteses acerca da origem da massa de tudo que conhecemos, o que é um grande passo na nossa compreensão da Natureza.

Em ciência, medir a existência de algo é muito mais simples que provar a não existência de alguma coisa. Não medir o Bóson de Higgs não significa que ele não exista. Pode ser que, apenas, não conseguimos medi-lo ainda. E este enigma pode permanecer nas nossas mentes por muito tempo.

5 – Dá para aplicar na tecnologia?

“Quando o pósitron foi descoberto não se sabia ao certo o que fazer com ele em relação a produção de tecnologia, hoje em dia ele é empregado principalmente no diagnóstico e tratamento de alguns tipos de câncer. A mesma coisa vale para o Bóson Higgs, ainda não sabemos como aplicar ele a tecnologia.”

Muitas tecnologias já são desenvolvidas pelos cientistas ao construir um acelerador como o LHC e seus experimentos. Note que vamos investigar algo que nunca foi explorado antes e isto requer ferramentas que não existiam. Estas tecnologias acabam chegando, cedo ou tarde, às nossas casas. Por outro lado é impossível prever quando, e se, algo que for descoberto no LHC poderá ser transformado em tecnologia. Hoje usamos anti-matéria no diagnóstico e tratamento de alguns tipos de câncer. Mais isto era impossível de se prever quando o pósitron foi descoberto.

Fontes:

- http://lceo.wordpress.com/2011/12/15/dossie-higgs/

-http://physicsact.files.wordpress.com/2009/06/jornal-ed1.pdf

-http://cms.web.cern.ch/node/1187

- http://cms.web.cern.ch/news/why-would-i-care-about-higgs-boson

-http://io9.com/5890884/10-weird-stories-about-the-higgs-boson

- http://lhc.web.cern.ch/lhc/

- http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011

- http://public.web.cern.ch/public/en/science/higgs-en.html

- http://arxiv.org/abs/astro-ph/0601168

- http://arxiv.org/abs/1107.4592v1

- http://arxiv.org/abs/hep-th/0603022

- http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/06/08/scientists-present-first-bread-and-butter-results-from-lhc-collisions/

- http://arxiv.org/abs/1001.4162

- http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/Higgs-mass-constraints-20100726-images.html

-http://arxiv.org/abs/1107.5518

- http://arxiv.org/abs/1202.1408

- http://arxiv.org/abs/1202.1488

- http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1112/1112.5431v1.pdf

- http://arxiv.org/abs/0907.3466

- http://www.exploratorium.edu/origins/cern/ideas/higgs.html

- http://cms.web.cern.ch/news/search-higgs-boson-ww%E2%88%92-production

- http://www.higgsboson.nl/

 

Dossiê Higgs (LCEO)

Olá, meus caros!

Acredito que vocês já devem ter visto os sites de notícias anunciando que o LHC finalmente disse ter visto “relances” do Bóson de Higgs. Nesse texto, quero tentar, bem resumidamente, fazer um apanhado geral do que está acontecendo, e porque essa busca é importante.

Do que o universo é feito?

Desde os primórdios a humanidade busca responder a essa pergunta. Até onde sabemos, filósofos da Grécia antiga foram os primeiros a propor a existência de blocos fundamentais da matéria, a partir dos quais todo o universo é feito. [...] (continue lendo)

O Fantasma da OPERA (neutrinos mais rápidos que a velocidade da luz)

Aqueles que trabalham com ciência estão acostumados a receber e-mails que começam com “Querido senhor /madame, por favor veja o arquivo anexo onde estou provando que a teoria de Einstein está errada”. Desta vez é um pouco mais grave, pois a mensagem vem de uma colaboração científica genuína … Como todos sabem agora, a colaboração OPERA anunciou que neutrinos do múons produzido no CERN chegaram a um detector a 700 quilômetros de distância em Gran Sasso cerca de 60 nanossegundos antes do esperado, se ele viajou à velocidade da luz (aliás, os trens que viajam a mesma rota chegam sempre mais tarde). O paper está disponível no arXiv, e o vídeo do CERN está aqui.

O OPERA é um experimento que teve algum azar no passado. Seu objetivo inicial era estudar oscilações de neutrinos, detectando o surgimento de tauons neutrinos  em um feixe de neutrinos do múons. No entanto, devido a atrasos na construção seus resultados chegaram tarde demais para ter qualquer impacto sobre a medição da massa do neutrino; outros experimentos, entretanto, atingiram uma sensibilidade muito melhor para estes parâmetros. Além disso, a “atmosférica” massa  diferente do neutrino, que entra a probabilidade de um múon neutrino oscilante em um tauon, acabou por ser na extremidade inferior do permitido quando OPERA estava sendo planejado. Como conseqüência, um número relativamente pequeno de eventos de oscilação está previsto para ocorrer no caminho para a Itália, levando a expectativa de cerca de 1-2 eventos do taúon a ser gravado durante a vida de experimento (eles tiveram a sorte de já ter uma). No entanto eles não vão sair do palco em silêncio. O que era para ser uma análise pouco chamativa retornou um resultado em que os neutrinos viajam mais rápido do que a luz, confundindo a comunidade física  e causando estragos na mídia.

Eu não sou muito original em pensar que o resultado é quase certamente errado. A principal razão experimental, já foi discutido em blogs, é a observação de neutrinos da supernova SN1987A. Em 1987, três experimentos diferentes detectaram uma explosão de neutrinos, todos chegaram com 15 segundos e 2-3 horas antes da luz visível(que concorda com modelos de explosão supernova). Por outro lado, se os neutrinos viajaram tão rápido como afirma o OPERA, os neutrinos da supernova deveriam ter chegado anos antes. Note que o argumento do OPERA  de que está lidando muon neutrinos, enquanto supernovas produzem neutrinos de elétrons não é válido: neutrinos de elétrons tem tempo suficiente para oscilar para outros sabores no caminho da Grande Nuvem de Magalhães. Uma forma para reconciliar o OPERA com a SN1987A seria invocar uma forte dependência energética da velocidade neutrino (que deve ser mais acentuada do que a energia ^ 2), uma vez que os neutrinos detectados da supernova  estão na faixa de 50-40 MeV, enquantoa energia do CERN -to-Gran-Sasso feixe é de 20 GeV, em média. No entanto o OPERA não observa qualquer dependência energética significativa da velocidade de neutrino, de modo que essa explicação é pouco provável também.

Do ponto de vista da teoria as chances do resultado do OPERA ser verdadeiro não são as melhores, já que não existe um modelo razoável de neutrinos taquíons. Ao mesmo tempo, temos observado neutrinos em numerosos experimentos e em várias configurações diferentes, por exemplo, o decaimento beta, a partir de reatores nucleares terrestres, a partir do Sol, em aceleradores como energia faltante, etc. Cada vez eles parecem se comportar como férmions comuns obedecendo todas as regras da invariância local de Lorentz da teoria quântica de campos.

Devemos pesar essa evidência contra a análise do OPERA, que não parece consistente. Lembre-se que o OPERA foi concebido para observar o aparecimento do tauon neutrino, não para medir a velocidade dos neutrinos, e de fato há certos aspectos da configuração experimental que devemos ter cautela. O mais preocupante é o fato de que o OPERA não tem como saber o tempo de produção precisa de um neutrino detectado, esse neutrino poderia ser produzido a qualquer momento durante um pulso de prótons de 10 microsegundos que cria os neutrinos do CERN. Para contornar este problema precisa-se de uma abordagem estatística. Ou seja, eles medem o tempo de atraso da chegada neutrino  em Gran Sasso em relação ao início do pulso de prótons no Cern. Em seguida, eles se encaixam na distribuição de tempo para os modelos com base na forma de medir o pulso de prótons, assumindo várias hipóteses sobre o tempo de viagem do neutrino. Desta forma, eles encontraram que o melhor ajuste para o tempo de viagem é de 60 nanosegundos, menor do que seria de esperar se os neutrinos viajassem à velocidade da luz. No entanto, pode-se  facilmente imaginar que os erros sistemáticos deste procedimento tenham sido subestimados, por exemplo, a forma da ascensão e da queda do pulso de prótons foram medidos de forma imprecisa. O OPERA faz um trabalho muito bom argumentando que a distância do CERN  para Gran Sasso pode ser determinada a 20 centímetros de precisão, ou que a sincronização dos  relógios nestes  dois laboratórios possui precisão de 1 nanosegundo, mas as incertezas sistemáticas sobre a forma do pulso de prótons não são tratadas com cuidado (e,durante o seminário no CERN, as questões relativas a este problema foram as que mais confundiram o orador).

Então, o que vem aí? Felizmente o OPERA parece estar aberto para discussão e análise, assim, a questão das incertezas sistemática deve ser resolvido no futuro próximo. Simultaneamente,  a colaboração MINOS deve ser capaz de repetir a medição com semelhante, se não melhor, precisão, e tenho certeza que eles já estão afiando suas chaves de fenda. A longo prazo, o OPERA poderia tentar otimizar a configuração experimental para a medição de velocidade. Por exemplo, eles podem instalar um detector no CERN (onde não deve haver nenhum efeito se a observação atual é devido à neutrinos que viajam mais rápido do que luz, ou deveria haver um efeito similar se houver um erro sistemático desaparecidos no tempo de produção). Ou eles poderiam usar pulsos curtos de prótons, de modo que o tempo de produção de neutrinos pode ser determinada sem a ginástica.  Eu aposto que as checagens futuras vão demonstrar que os neutrinos não são superluminais … Naturalmente, o veredicto final não pertence aos nossos preconceitos, mas sim aos experimentos.

[fonte: Rèsonaances]

Teorema de Ehrenfest eo limite clássico da mecânica quântica (PDF)

Segue um PDF de AO Bolivar sobre Teorema de Ehrenfest eo limite clássico da mecânica quântica

TElclmecquântica.PDF

Formalismos em Mecânica Quântica – pt2 (PDF)

PDF com a segunda parte de Formalismos em Mecânica Quântica.

fq2.pdf

Formalismos em Mecânica Quântica – pt1 (PDF)

Trago aqui um ótimo PDF sobre Formalismos em Mecânica Quântica ótimo para quem está começando.

fq1.pdf

Matrizes de Born e Jordan

Matrices of Born and Jordan

Thiago V. M. GuimarãesI

Resumo.

Apresenta-se um breve histórico das determinações, funções, ambigüidades e sistemas de correções das matrizes de Born E Jordan bem como suas aplicações e sua relação com as descrições clássicas.

Abstract

Presents a short transcript of the determinations, functions, ambiguities and systems of corrections of the matrices of Born AND Jordan as well like its application and its relation with the classical descriptions.

1.Parâmetro geral

Dois meses após a publicação do trabalho de Heisenberg, Born e Jordan publicam seu trabalho intitulado de “about the mechanical quantum one” que visava esclarecer o conteúdo matematicamente formal de seu tratamento e ainda demonstrar os resultados obtidos que demonstrava, partindo das premissas estabelecidas por Heisenberg, ser possível construir uma teoria matemática fechada da mecânica quântica que possuísse analogias bem próximas à mecânica clássica, porém resguardando os aspectos característicos dos fenômenos quânticos. A formulação geral de Born e Jordan utiliza de um posto de vista hamiltoniano, já que se utiliza coordenadas e momentos, e reconhece que, segundo Heisenberg, sistemas dinâmicos com um único grau de liberdade é classicamente periódico, deve ser descrito por uma coordenada espacial q e um momento p que são representados por matrizes que dependem do tempo:

q{qnmeiωnmt} p{pnmeiωnmt}

-ωnm são as freqüências relacionadas à transição entre estados que são descritos pelos dados números quânticos n e m. Tais matrizes devem ser iguais às complexo-conjugadas de suas transposta para qualquer t real. Portanto

qnmqnm=|qnm|² ωnmωnm=- ωnm

A primeira destas quantidades estará relacionada a probabilidades de transição entre n e m. Para a relação entre ωnm e ωnm temos a ligação existentes com quantidades Em

0111.jpg

O que de fato leva a regra de composição de freqüências quânticas:

0122.jpg

A regra de multiplicação quântica: 013.jpg

corresponde ao produto de matrizes:

014.jpg

Já que015.jpg.Outras variáveis dinâmicas podem ser construídas de forma análoga, com a propriedade de que n,m da matriz resultante terá sempre uma dependência com relação ao tempo que é dada por 016.jpg.As variáveis dinâmicas com dependência temporal devem corresponder a matrizes diagonais( matrizes que os únicos valores que são nulos são os com n=m,pois ωnm = 0). Em particular para que a energia total seja independente do tempo é preciso que a hamiltoniana seja dada por uma matriz diagonal 017.jpg sendo ainda natural identificar os elementos Hn com as energias En envolvidas nas freqüências de Bhor ωnm.

A condição de quantização 018.jpg pode ser refeita de forma mais simples em termos de produtos de matrizes. Utilizando o fato de que na condição usada por Heisenberg 019.jpg corresponde a 020.jpg,percebemos que ela pode ser refeita da forma seguinte:

0211.jpg

De um lado temos a relação que corresponde a diferença dos elementos diagonais n,n dos produtos pq e qp respectivamente. Notamos que há indicado a não-comutação das matrizes p e q pelo fato da diferença não ser nula. Leve em consideração que o comutador [p, q] pq-qp deve ser independente do tempo, e diagonal, o nos faz trocar essa condição por outra condição de quantização mais forte, que corresponde a:

022.jpg

Sendo 023.jpg representa a matriz unidade.

Temos ainda que considerar as equações de movimento que precisam ser satisfeitas pelas variáveis dinâmicas. Já concluímos essa questão com a especificação da dependência temporal adotadas para as variáveis dinâmicas juntamente com a identificação das energias Em com os elementos da matriz diagonal correspondente à hamiltoniana.Dessa suposição resulta, de fato para uma variável dinâmica representada por uma matriz g(p,q) com elementos da forma 024.jpg

025.jpg

Usando 017.jpg podemos reescrevê-lo de forma matricial:

026.jpg

Notamos que as equações de movimento para p e q correspondem a casos restritos dessa equação de movimento geral. Notamos com grande simplicidade que há uma estreita relação entre as equação de movimento descrita com as equações de movimento clássicas no caso de uma hamiltoniana com a forma H=K(p)+V(q), onde K(p) e V(q) seja dada como séries de potências de p e q respectivamente, assim temos

027.jpg

Para tanto podemos utilizar uma propriedade algébrica geral de comutadores de matrizes.

0283.jpg que é convenientemente reduzida para 0291.jpg se [x[x,y]]=o

Utilizando 311.jpgteremos equações de movimentos formalmente idênticas às equações clássicas hamiltonianas:

030.jpg

Conclusão:

Os esquemas propostos por Born e Jordan como realização mais geral e fechada do tratamento de Heisenberg para sistemas periódicos com certo grau de liberdade consiste em obter duas matrizes q e p, cujos elementos são rotulados por índices relacionados aos estados estacionários do sistema, satisfazendo, assim, 311.jpg e sendo ainda as matrizes correspondentes à hamiltoniana, H(pq), seja diagonal.A dependência que as variáveis dinâmicas possuem do tempo são expressas por: q{qnmeiωnmt} p{pnmeiωnmt} e 322.jpg , nas quais as energias En irão corresponder aos elementos diagonais de H, corresponde às energias dos estados estacionários.A dependência temporal corresponde às prescritas por

33.jpg

É importante notar que a substituição das variáveis q e p pelas matrizes não comutantes q e p na construção de matrizes que são correspondentes quânticas de variáveis dinâmicas clássicas g(p, q), leva em geral a ambigüidades quanto a ordenação de fatores q e p. Existe uma condição que reduz tais ambigüidades, porém sem elimina-la totalmente, é a condição de hermiticidade gnm=g*nm. Como nos casos das matrizes q e p, essa condição pode ser vista como correspondente, na teoria quântica, à condição de realidade das variáveis dinâmicas clássicas. Ela garante em particular que os elementos diagonais das matrizes que representam variáveis dinâmicas sejam reais. No caso da hamiltoniana H ela garante a realidade das energias En dos estados estacionários. Notamos que a condição de hermeticidade exclui as combinações assimétricas, mas, como exemplo, não permite optar entre outras possibilidades simétricas. Vemos que ambigüidade dificulta a quantização de sistemas a partir de sua descrição clássica. Ela pode ser vista como uma indicação da precedência da descrição quântica do sistema, no sentido de que esta não pode em geral, ser univocamente inferida da descrição de seu análogo clássico.

Referências

[1] W. E. Boyce, R C. DiPrima, Equações Diferenciais Elementares e Problemas de Valores de Contorno(8ª ed. 2006.LTC)

[2] W. A. Harrison, .Applied Quantum Mechanics, World Scientific(September 2000). P. 45 a 53

[3] A.F.R de Toledo Piza, aulas ministradas pelo Professor no IF.USP,2005.

[4] P.A.M Dirac, Lectures on Quantum Mechanics, Dover 2001

[5] W. Ketterle, Rev. Mod. Phys. 74, 1131 (2002).

[6] Guardando a originalidade das aulas do professor A.F.R de Toledo Piza, alguns trechos foram transpassados idênticos a suas palavras em sala, e podem ser encontrados em seu livro Mecânica Quântica, edusp, 2004. P. 23 a 25.

I dragunovsvd.09@gmail.com

[Autor: Thiago M. Guimarães]

Bóson de Higgs

Todas as partículas conhecidas e previstas são divididas em duas classes: férmions (partículas com spin da metade de um numero impar) e bósons(partículas com spin inteiro). Bóson de Higgs é uma partícula elementar escalar maciva hipotética preditada para validar o modelo padrão atual de partícula. É a única partícula do modelo padrão que ainda não foi observada, mas representa a chave para explicar à origem da massa das outras partículas elementares. As massas da partícula elementar, e as diferenças entre o eletromagnetismo (causado pelo fóton) e a força fraca (causada pelos bósons de W e de Z), são críticas a muitos aspectos da estrutura da matéria microscópica e macroscópica; assim se existir, o bóson de Higgs terá um efeito enorme no mundo em torno de nós.

Até à data de 2007, nenhuma experiência detectou diretamente a existência do bóson de Higgs, mas há alguma evidência indireta de sua existência. O bóson de Higgs foi predito primeiramente em 1964 pelo físico britânico Peter Higgs, trabalhando as idéias de Philip Anderson, Em 2008 será ligado “O Grande Colisor de Hádrons“, onde se espera encontrar a prova definitiva do bóson de Higgs.

Detalhes teóricos

A partícula chamada Bóson de Higgs é de fato o quantum de um dos componentes de um campo de Higgs. No espaço vazio, o campo de Higgs adquire um valor diferente de zero, que permeia a cada lugar no universo todo o tempo. Este valor da expectativa do vácuo (VEV) do campo de Higgs é constante e igual a 246 GeV. A existência deste VEV diferente de zero tem um papel fundamental: dá a massa a cada partícula elementar, incluindo o próprio bóson de Higgs. No detalhe, a aquisição de um VEV diferente de zero quebra espontaneamente a simetria de calibre da força eletrofraca, um fenômeno conhecido como o mecanismo de Higgs. Este é o único mecanismo conhecido capaz de dar a massa aos bóson de calibre que é também compatível com teorias do calibre.

No modelo padrão, o campo de Higgs consiste em dois campos carregados neutros e duas componentes, um do ponto zero e os campos componentes carregados são os bósons de Goldstone. Transformam os componentes longitudinais do terceiro-polarizador dos bósons maciços de W e de Z. O quantum do componente neutro restante corresponde ao bóson maciço de Higgs. Como o campo de Higgs é um campo escalar, o bóson de Higgs tem a rotação zero. Isto significa que esta partícula não tem nenhum momentum angular intrínseco e que uma coleção de bósons de Higgs satisfaz as estatísticas de Bose-Einstein.

O modelo padrão não prediz o valor da massa do bóson de Higgs. Discutiu-se que se a massa do bóson de Higgs se encontrasse entre aproximadamente 130 e 190 GeV, então o modelo padrão pode ser válido em escalas da energia toda a forma até a escala de Planck (TeV 1016). Muitos modelos de super-simetria predizem que o bóson de Higgs terá uma massa somente ligeiramente acima dos limites experimentais atuais e ao redor 120 GeV ou menos.

Medidas experimentais

A massa do bóson de Higgs não foi medida experimentalmente. Dentro do modelo padrão, a não observação de sinais desobstruídos em aceleradores de partícula conduz a um limite mais baixo experimental para a massa do bóson de Higgs de 114.4 GeV no nível da confiança de 95%. Não obstante, um pequeno número de eventos foi gravado pela experiência do LEP no CERN que poderia ser como resultado de bósons interpretados de Higgs, mas a evidência é inconclusiva. Espera-se entre os físicos que o “O Grande Colisor de Hádrons“, atualmente em construção no CERN, confirme ou negue a existência do bóson de Higgs. As medidas de precisão observáveis da força eletrofraca indicam que a massa modelo padrão do bóson de Higgs tem um limite superior de 175 GeV no nível da confiança de 95% até à data de março, 2006 (que usam uma medida acima da massa superior do quark).

[Autor: Thiago M. Guimarães]


Fônons (buracos negros acústicos)

Fônons são partículas originadas quando a oscilação térmica das moléculas de uma onda acústica em um fluido se aproximam do zero absoluto, seu tom depende de vários fatores, como a cinética do fluido e sua geometria.

Há uma semelhança enorme com relação à propagação do som em um fluido em movimento e a da luz no espaço-tempo curvo. As ondas acústicas são caracterizadas por freqüência, comprimento de onda e velocidade de propagação, em escalas menores, ondas acústicas deixam de existir. A oscilação térmica aleatória das moléculas impede que as ondas sonoras se comportem de maneira contrária aos quanta de luz. Mas à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto, o som pode se comportar como partículas quânticas, chamada de “fônons”.


Em um fluido em repouso ou em movimento uniforme, os fônons se comportam como os fótons no espaço-tempo plano, os fônons se propagam em linha reta e assim fomo os fótons, eles podem ser desviados. A velocidade dos fônons assim como seu comprimento de onda é alterado em um fluido que se move de maneira não-uniforme, isso também ocorre com os fótons em um espaço-tempo curvo.

Equivalente acústico de um buraco negro

Quando um fluido esta em movimento pode atuar sobre o som como um buraco negro sobre a luz. Podemos criar um buraco negro acústico utilizando um Bocal de laval. O bocal faz com que o fluido atinja e exceda a velocidade do som no ponto mais estreito sem fazer uma mudança drástica nas propriedades do fluido. O bocal possui uma geometria acústica muito semelhante a do espaço- tempo de um buraco negro. Ele possui uma região supersônica que atua como o interior do buraco negro, assim como a luz é arrastada para centro de um buraco negro, as ondas sonoras que se propagam contra o fluxo são arrastadas por elas. Na região subsônica, assim como a luz pode ser desviada para o vermelho, as ondas sonoras que se propagam contra a corrente são esticadas. A fronteira entre as duas regiões se comporta exatamente como o horizonte de eventos de um buraco negro. Quando o fluido estiver suficientemente frio a analogia chega ao nível quântico. O horizonte de eventos sônicos emite fônons térmicos da mesma forma que a radiação HAWKING, esses fônons surgem quando há flutuações quânticas acerca do horizonte de eventos, então uma das partículas é tragada para a região supersônica, onde permanecerá, a sua companheira que permanece do outro lado do horizonte de eventos e se propaga contra a corrente, sendo assim ela é alongada pelo fluxo do fluido.

[Autor: Thiago Guimarães]

Partículas Kaluza-Klein

A teoria Kaluza-Klein é um modelo que procura unificar as forças fundamentais da gravitação e eletromagnetismo. A teoria foi publicada pela primeira vez em 1921 e foi inventada pelo matemático Theodor Kaluza, que estendeu a relatividade geral para um espaço-tempo a cinco dimensões. As equações resultantes podem ser separadas em conjuntos de equações, um desses conjuntos é equivalente as equações de campo de Einstein, outra equivalente as equações de Maxwell para o campo electromagnético e a parte final um campo escalar extra atualmente denominada de “radion”.

Partículas Kaluza-Klein

As partículas Kaluza-Klein, apesar de para nós elas terem uma aparência de partículas corriqueiras de nosso espaço, elas viajam por outra dimensão, sendo assim toda partícula que viaja numa outra dimensão deve ter sua parceira Kaluza-Klein, entre as partículas que devem ter parceiras Kaluza-Klein esta o gráviton que é uma partícula que em hipótese pode se responsável pela força da gravidade,

Kaluza-Klein, o que ela nos pode fornecer.

Espera-se que com as experiências realizadas com o Large Hadrons Collider (O Grande Colisor de Hádrons) não só essas partículas Kaluza-Klein parceiras dos grávitons sejam encontradas, mas também um grande número com diversas partículas Kaluza-Klein, conseguiríamos determinar o tamanho dos bósons se encontrássemos partículas Kaluza-Klein parceiras carregadas de quarks e leptons, poderíamos ainda ter evidências fortes sobre a existências de outros mundo em outras dimensões a partir das informações fornecidas pelas Kaluza-Klein Acreditasse que as partículas Kaluza-Klein iram deteriorar dentro do L.H.C, assim darão um sinal muito claro da existência de outras dimensões.

[Autor: Thiago M. Guimarães]

Campos φBD e φH

Thiago M. Guimarães.

thiago@actaphysica.com

φBD

Apesar de tudo que conhecemos no mundo macroscópico possuir massa, precisamos de um conceito que encaixe-a na física moderna, e tal conceito se mostra difícil ainda nos dias de hoje. Para tanto o problema ao ser abordado segundo o princípio de Mach, que diz: “ a massa de um objeto deriva, no final, das interações gravitacionais do objeto com todo o resto da matéria existente no universo”. Da união entre o princípio de Mach e a teoria gravitacional, surgiu um novo campo escalar que tem interação com toda a matéria do universo.

Segundo a relatividade geral, a constante gravitacional G não muda com o tempo e com o espaço; Assim o princípio de Mach pode ser aceito se a constante gravitacional G varia no tempo e no espaço. Foi então introduzido o campo φBD (BD refere-se aos respectivos nomes dos autores: Brans e Dicke) que é inversamente proporcional a G (1/φBD). Pela Teoria de Brans-Dike a matéria responde a variação na força da gravidade em um determinado local e a curvatura do espaço-tempo.O campo φBD se estende por todo espaço e seu comportamento fornece pistas sobre como a matéria se move no espaço.

φH(Higgs)

O conceito de massa por φH se obteve para corrigir incoerências ao tentar demonstrar os efeitos das forças nucleares usando uma determinada simetria especial nas equações. Porém ao tentar representar a massa da partícula violavam a simetria adotada o que afetou diretamente os Bósons W eZ (bósons W e Z são as partículas (mais especificamente, bósons) mediadoras da força nuclear fraca ), pois se realmente não fossem dotadas massa o alcance das forças nucleares seriam infinitos, o que não condiz com o real comportamento das forças nucleares.

Goldstone notou que a simetria não precisa ser a mesma para a solução e a para as equações, dessa forma o campo φH foi introduzido.

Veja os gráficos:

gráfico 1

Nele percebemos que a densidade de energia potencial (v[φ]) apresenta dois pontos críticos,-v e +v ,devido ao fato da energia ser menor nesses pontos, o campo irá se estabelecer em apenas um deles mesmo seus valores sendo iguais, assim as soluções rompem a simetria com a equação, o que permite a existem de partículas maciças tal massa provém da interação do campo φ com todos os tipos de partículas, as equações para estas demonstrações obedecem todas as simetrias necessárias.

Antes de φ se estabelecer em um mínimo de energia as partículas ficam pulando se nenhum impedimento, porém ao chegar os pontos críticos (-v e +v) o campo segura estas partículas pelo fato de exercer grande resistência a tudo que está ligado a ele. Dessa forma a medição da massa depende diretamente do valor do campo naquele local.

Unindo φBD e φH

Ao unir as equações gravitacionais de Brans-Dicke com o potencial de quebra de simetria de Goldstone-Higgs, vemos que a força gravitacional do local varia, a princípio, ao longo do tempo e do espaço e a constante gravitacional G é proporcional ao inverso do quadrado de φ (1/ φ²), mas o valor só será dado após o campo φ se estabelecer no ponto crítico de potencial de quebra de simetria, tal fato pode ter ocorrido nos momentos iniciais do big bang.

Quando o campo se estabelece em φ= ±v, ele ficou em algum valor diferente de zero, levando a força gravitacional G a um valor menor.

As teorias de cosmologia e do Big Bang não conseguiram explicar a planura do universo, para tanto foi inserida a idéia do “inflation” que nos dá a força motriz da inflação durante os momentos iniciais do Big Bang.

Triangulação Dinâmica Causal (TDC)

Imagine uma paisagem composta por estruturas triangulares microscópicas que constantemente se reorganizam em novas configurações. Vista a distancia, a paisagem parece perfeitamente uniforme. Mas, de perto, e um turbulento caldeirão de estranhas formas geométricas. Essa idéia aparentemente simples e o coração de uma nova teoria chamada triangulação dinâmica causal (TDC), uma nova e promissora abordagem para solucionar o mais complicado problema da física. – a unificação das leis da gravidade com as da mecânica quântica. Por mais de 20 anos, os físicos apostaram em minúsculas cordas (ou filamentos) de energia para unificar todas as formas fundamentais da Natureza. Mas alguns cientistas dizem que esta teoria esta equivocada, pois ela se baseia num espaço-tempo fixo. Um modelo melhor, argumentam eles, deveria gerar não apenas partículas e forças, mas também o espaço-tempo dinâmico previsto pela relatividade geral. Nos anos 80 e 90, esses pesquisadores desenvolveram a gravidade quântica em laços, que descreve o espaço como uma rede de pequenos volumes de apenas 10-³³ centímetro de largura. Embora esta abordagem tenha obtido alguns notáveis sucessos, tais como predizer as propriedades dos buracos negros, ela ainda tem de passar por um teste essencial: demonstrar que este emaranhado de volumes sempre se arranja de modo a formar as quatro dimensões de espaço-tempo conhecidas. A TDC tem menos de 10 anos de vida, mas já superou esse obstáculo. Concebida principalmente por três físicos teóricos europeus – Rena-te Loll, da Universidade de Utrecht, na Holanda, Jan Ambj0rn, da Universidade de Copenhague, e Jerzy Jurkiewi-cz, da Universidade de Ja-giellonian, na Polônia -, ela constrói geometrias de espaço-tempo a partir de estruturas triangulares simples, de forma muito semelhante à usada pelo famoso arquiteto Buckminster Fuller para criar domos geodésicos. A peca básica dessa teoria e o 4-simplex, na denominação em inglês, que equivale a um tetraedro em quatro dimensões (da mesma forma que um tetraedro tem quatro faces triangulares, um 4-simplex possui cinco tetraedros). Embora cada simplex seja geometricamente plano, eles podem ser encaixados em uma grande variedade de estruturas para produzir espaços-tempo curvos. Como a teoria quântica estipula que a estrutura do espaço-tempo em escalas muito pequenas esta em constante mudança, os pesquisadores determinam a sua geometria pela soma de probabilidades de todas as possíveis configurações dos simplexes. Tentativas anteriores de triangular o Universo dessa maneira terminaram em resultados absurdos: espaços-tempo enrugados, com um número infinito de dimensões ou geometrias enroladas com apenas duas dimensões. O que salvou a TDC foi excluir as configurações que violavam a causalidade (ou seja, estruturas que permitiriam a um evento preceder sua causa). Em 2004, Loll, Ambj0rn e Jurkiewicz utilizaram simulações por computador para demonstrar que universos-modelo construídos por centenas de milhares de simplexes são quadridimensionais. Recentemente, os cientistas demonstraram que o formato em grande escala de seus universos e exatamente o previsto pela teoria padrão da cosmologia. O próximo passo para a TDC será a incorporação da matéria no modelo, para ver se ela simula as equações completas da relatividade geral. De acordo com Lee Smolin, do Instituto Perímetro de Física Teórica, em Waterloo, Canadá, a teoria pode gerar predições testáveis, tais como pequenas mudanças na velocidade de fótons de alta energia causadas pela geometria nao-classica do modelo em pequenas escalas. Sendo um dos pioneiros da gravidade quântica em laços, Smolin diz que a TDC não recebeu, até agora, a atenção que merece por parte dos físicos teóricos, possivelmente porque a abordagem depende muito de simulações por computador. “Não e uma coisa fácil de fazer; algo que se possa obter com papel e lápis”, diz. [MarkAlpert]

[Fonte: Revista Scientific American - pág.18-março de 2007]

Bóson de Higgs — Nova partícula da matéria

DA NEWSCIENTIST

Físicos europeus acreditam ter vislumbrado a partícula funda­mental que confere massa à matéria. Trabalhando com um gigantesco acelerador de partículas na fronteira da Suíça com a França, obtiveram colisões estranhas que podem ser a assinatura do chamado bóson de Higgs.

O Higgs é uma das poucas peças que faltam no quebra-cabeças das partículas fundamentais (os “tijolos” com que se constroem pró­tons, nêutrons, elétrons e, com eles, todos os átomos conheci­dos). Encontrá-lo, hoje, é o grande prêmio da física de partículas.

A máquina que produziu as observações é o LEP (Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons, na abreviação em inglês). Pertence ao Laboratório Europeu de Física de Partículas, mais conhecido pe­la sigla francesa Cem.

O LEP deve sair de operação até o fim do mês. No túnel de 27 km que o abriga deve ser construída uma máquina mais poderosa, o LHC (Grande Colisor de Hádrons). Como o LHC só deve funcionar em 2005, os dentistas do Cem têm pouco tempo para confirmar se de fato viram o Higgs.

Partícula da massa

Sem essa partícula, o Universo não existiria como é hoje. Proposto há mais de 30 anos, o bóson de Higgs seria o responsável por dar massa a outras partículas, como elétrons e quarks.

Embora extremamente maciços, os Higgs são difíceis de detectar, porque só existem”virtualmente”. Emergem no mundo e submergem após brevíssimos instantes, tempo curto demais para serem registrados.

Para ver um Higgs, os físicos têm de produzir um, espatifando partículas umas contra as outras a velocidades extremas. A energia da colisão se converte em matéria e, se a energia for alta o suficiente, um Higgs de verdade pode irromper. Em seguida, prediz a teoria, desfaz-se (“decai”, como dizem os físicos em seu jargão) numa coleção de outras partículas.

Tal decaimento explicaria alguns eventos pouco usuais observados recentemente no LEP, com o detector conhecido como Ale h. Mas seus pesquisadores que não se trata de provas conclusivas: “Infelizmente, não é o bastante para dizer que fizemos uma descoberta”, diz o físico Wolf-Dieter Schlatter.

Há a possibilidade de que os eventos observados sejam combinações aleatórias de partículas. Ou, então, que se trate de artefatos produzidos por partículas já conhecidas, como bósons Z mimetizando os de Higgs. Essas explicações parecem ainda mais plausíveis porque nenhum dos outros três detectores do LEP flagraram sinais do escorregadio Higgs.

A questão agora, para o Cem, é decidir se o LEP deve continuar em operação para tentar confirmar a visão do bóson de Higgs. Os físicos que trabalham com o detector Aleph dizem que poderiam obter o dobro de dados se ficas­sem com ele até o final do ano.

O acelerador LEP já produziu retratos detalhados dos bósons Z e W. Provou também que não pode haver mais do que seis quarks. Seu maior rival é o Fermilab, de Chicago (EUA). Suas atividades de colisão de partículas serão re­tomadas este mês, após quatro anos de reformas. Teme-se, no Cem, que o laboratório norte-americano acabe encontrando o bóson de Higgs enquanto o europeu está fechado.

Nos Estados Unidos, há quem acredite que seus competidores europeus estão fazendo muito barulho por pouco. «Fico pensando se não é apenas um modo de eles estenderem seu tempo de operação”, diz Dave Besson, da Universidade do Kansas em Lawrence.

Alan Litke, que trabalha no experimento Aleph do LEP, rejeita a tese: “Não temos interesse em manter o LEP funcionando só pa­ra manter o LEP funcionando”.

Túnel de 27 km que abriga o LEP, colisor de partículas europeu que sai de operação no fim do mês

Seguir

Obtenha todo post novo entregue na sua caixa de entrada.

Junte-se a 840 outros seguidores