Monthly Archives: setembro 2015

Rachaduras nas paredes do Universo

Rachaduras nas paredes do Universo

Rachaduras nas paredes do Universo

Depois do céu, tem outro céu. Sem estrelas. Se você voar alto o bastante, uma hora sai da Via Láctea. As estrelas vão ficar lá embaixo, confinadas em braços espirais. Mas ainda vai existir um céu, e ele será pontilhado de galáxias. E depois desse céu, tem outro céu. Sem galáxias.

 

É o que os telescópios mostram. Para além das galáxias, o que existe é uma sopa de radiação. Um caldo onipresente – que os astrônomos chamam de “radiação cósmica de fundo”. “De fundo” porque permeia tudo o que dá para ver além do domínio das galáxias. Para qualquer canto que você apontar um telescópio, essa radiação vai estar lá. Na prática, elas formam as paredes do Universo. E foi nessas paredes que acabaram de fazer uma das descobertas mais bonitas da história.

Essas paredes já eram bem conhecidas. Elas são a maior evidência do Big Bang, e, de quebra, a maior amostra de que o senso comum não entende o que realmente foi o Big Bang. Para começar, a explosão que deu origem ao Universo não foi uma explosão. Ela AINDA É uma explosão. O Big Bang continua big bangando, porque o Cosmos continua expandindo. E cada vez mais rápido. Vivemos dentro de uma “explosão controlada”. Mais importante: o Big Bang não aconteceu em algum lugar distante nas profundezas do Cosmos. Ele aconteceu exatamente aí, onde você está agora. Ele aconteceu em Guarulhos, em Júpiter e na sua testa. Ao mesmo tempo. É que, há 13,7 bilhões de anos, tudo o que existe hoje, aqui, no céu, na Crimeia ou na sua cabeça, estava espremido no mesmo ponto. E do lado de fora desse ponto não existia um “lado de fora”. Não existia nada. Todo o espaço e tudo o que preenche o espaço estava contido lá. Tudo mesmo: da energia que forma os átomos do seus cílios ao espaço físico que separa São Paulo do Rio – ou a Via Láctea da Galáxia de Andrômeda. Tudo bem apertado, numa quantidade de espaço que caberia na ponta de um alfinete. O Big Bang foi a expansão dessa quantidade de espaço. E ainda é, já que o espaço continua inflando como uma bexiga descomunal. Essa expansão, por sinal, chegou a ter uma fase especialmente acelerada – um período de trilionésimos de segundo que os astrônomos chamam de “inflação cósmica”. Para localizar melhor: o Big Bang, estritamente falando, foi o momento em que o Universo saiu do nada para virar algo do tamanho de uma partícula subatômica. Depois desse pequeno passo, veio o grande salto: a inflação cósmica. Foi aí que o Universo deixou de ser uma partícula e virou algo parecido com isso que a gente vê à noite pela janela (ainda sem estrelas, ou átomos, ou luz, mas ainda assim algo grande). Essa puberdade cósmica passou rápido. Uma fração de trilionésimo de segundo e já era: o ritmo da expansão voltou ao normal. Mas a inflação deixou rastros, resquícios daquele tempo especial, em que o Universo era uma partícula subatômica.

Foi um desses rastros que o time do astrônomo John M. Kovac, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, encontrou no céu do Polo Sul. Eles perceberam “rachaduras” nas paredes do Universo. Ondas, na verdade, permeando a radiação cósmica de fundo.

E aí que está a beleza da coisa. Por causa do seguinte: a ciência sabe que as forças da natureza se manifestam em forma de ondas. O eletromagnetismo, a que mantém os ímãs presos na geladeira e que faz sua mão doer se você dá um soco na mesa (graças à repulsão eletromagnética entre os átomos da sua mão e os da mesa), é feito de ondas. Ondas eletromagnéticas. Outras duas forças, menos nobres, também são feitas de ondas: a nuclear forte, que mantém os quarks unidos na forma de prótons, e a nuclear fraca, a mais figurante de todas, que age na periferia dos átomos. É o que a física quântica provou ao longo do século 20. Mas ficou um buraco nessa história. Ninguém nunca tinha encontrado as ondas que deveriam formar a força mais popular das quatro que existem: a gravidade.

Agora encontraram. É que, se existem ondas visíveis nas paredes do Universo, como os caras do Polo Sul viram, elas devem ser ondas gravitacionais. E provavelmente geradas pela violência da inflação cósmica – dá para imaginá-las como cicatrizes daquele crescimento fulminante. Para todos os efeitos, são fósseis vivos da adolescência tumultuada do Cosmos, marcas do tempo em que o Universo era uma só partícula. E elas também servem para lembrar a gente de algo mais profundo: de que somos tão parte disso tudo quanto na época em que estávamos todos juntos, ali, naquela ponta de alfinete.

Muito além de Marte: na pior das hipóteses, existe vida em dez trilhões de planetas. E isso não é o mais importante


Muito além de Marte: na pior das hipóteses, existe vida em dez trilhões de planetas. E isso não é o mais importante


Um bebê recém-nascido não sabe que é um indivíduo. Acha que ele e a mãe formam uma entidade única. Talvez ache até que ele, a mãe e o mundo sejam uma coisa só.

Mas antes de seguir com esse raciocínio, queria passar a palavra para alguém mais qualificado que eu, o Richard Dawkins. “Vamos imaginar que o surgimento de vida em algum planeta seja algo estupidamente improvável”, ele me disse numa entrevista recente. “Mais improvável até do que você tirar uma quadra de ases num jogo de cartas, e todo mundo na mesa também sair com quadras. Mas sabe de uma coisa? Mesmo se a vida for algo tão difícil de acontecer, ainda assim ela seria abundante no Universo”.

Muito além de Marte: na pior das hipóteses, existe vida em dez trilhões de planetas. E isso não é o mais importante

Muito além de Marte: na pior das hipóteses, existe vida em dez trilhões de planetas. E isso não é o mais importante

Dawkins, professor emérito de biologia em Oxford e reformulador do darwinismo, entende de vida. Mas nem ele nem ninguém tem como dizer se o fenômeno é corriqueiro no Cosmos ou se não, se trata-se de algo raríssimo, que só aconteceu na Terra, ou, dando uma chance ao acaso, que só apareceu em um a cada um bilhão de planetas Cosmos afora.

Um em um bilhão parece pouco. Só que é menos ainda. A probabilidade de você morrer atingido por um raio é de uma em 2 milhões. A de ganhar na Mega-Sena, uma em 50 milhões. Em outras palavras, uma chance em um bilhão é basicamente sinônimo de “impossível”.

Mas isso aqui na Terra. Porque no céu a história é outra. É que, se um em um bilhão é algo menor do que parece, o espaço sideral é maior. Bem maior do que parece. As estimativas mais humildes indicam que existem 10 trilhões de bilhões de estrelas no Universo observável (ou 1022 , o número 1 seguido de 22 zeros, caso você prefira uma notação mais científica). Um mundo assim, com 10.000.000.000.000.000.000.000 de sóis, destrói qualquer estatística. Assim: se a vida surgiu em um único planeta por sistema solar (como parece ter sido o caso neste sistema solar aqui), e só um em cada bilhão de sistemas solares teve essa sorte, existiriam dez trilhões de planetas com vida.

Mais: se entre esses supostos planetas com vida só um em um milhão abrigar seres inteligentes, teríamos dez milhões de civilizações sobre as nossas cabeças. Como o Dawkins mesmo disse naquela entrevista: “Nossos cérebros não sabem lidar com grandezas na ordem de bilhões e bilhões”.

Mas tem outra coisa com a qual o nosso cérebro não sabe lidar: o próprio conceito de “vida”. Por instinto, nós teimamos em achar que somos entidades à parte no Universo. Que nós estamos aqui, e o Universo está “lá fora”. E aí que a gente volta aos bebês do primeiro parágrafo. Nos primeiros meses de vida, passamos a entender que somos indivíduos, entidades únicas, apartadas das nossas mães, e do mundo, e do Universo.

Ilusão. Os átomos que formam o seu corpo sempre estiveram aqui na Terra. E vão continuar por aqui, independentemente do que você faça com eles até o dia que o seu coração parar de bater. O autor do Gênesis traduziu bem essa ideia, na cena em que Deus diz a Adão que ele terá de trabalhar pesado, e suar para que a terra produza algum alimento “até que você, Adão, volte para a terra, pois do pó você foi feito, e em pó irá se transformar” (Gen. 3:19). Três mil anos depois, o astrônomo britânico Martin Rees refinou o raciocínio. Diante da descoberta de que todos os átomos mais complexos que o hidrogênio e o hélio foram forjados no interior de estrelas, ele escreveu que “somos todos, literalmente, cinzas de estrelas mortas há muito tempo”.

Logo, nós somos o chão. Nós somos as estrelas. Somos o espaço e o tempo. E a vida consciente talvez seja o Universo se olhando no espelho, e descobrindo que ele próprio é um indivíduo.

Brasil ganha 4 medalhas em olimpíada internacional de biologia

Brasil ganha 4 medalhas em olimpíada internacional de biologia

Composta por quatro estudantes, a delegação brasileira teve 100% de aproveitamento e conseguiu quatro medalhas, sendo três de prata e uma de bronze, na Oiab (Olimpíada Ibero-Americana de Biologia) de 2015, evento que terminou no domingo em El Salvador e reuniu estudantes de 13 países.

Brasil ganha 4 medalhas em olimpíada internacional de biologia

Brasil ganha 4 medalhas em olimpíada internacional de biologia

Durante a programação da Oiab, os jovens enfrentaram uma prova teórica e quatro provas práticas envolvendo os temas biologia celular, anatomia e fisiologia vegetal, anatomia e fisiologia animal, etologia, genética, ecologia e biossistemática.

O torneio reuniu 43 estudante de 13 países de línguas portuguesa e espanhola, entre eles Portugal e Espanha. Os estudantes cearenses Arthur Feitosa, 17, e Gerardo Albino, 16, e o paulista Michael Sato, 17, ganharam as medalhas de prata, enquanto o cearense Lucas Magalhães, 17, levou bronze.

No total, foram distribuídas seis medalhas de ouro, nove de prata e 13 de bronze, dadas de acordo com o desempenho dos estudantes. “Só por ter chegado à etapa internacional, me considerava um vencedor. A medalha, que foi inesperada, só aumentou a alegria o sentimento de missão cumprida”, disse Lucas.

Daniel Berto, um dos professores que acompanharam os estudantes, conta que o Brasil participa de torneios internacionais desde 2005 e que foi a primeira vez que todos os alunos brasileiros foram premiados. Para ele, a coalizão de forças foi o diferencial brasileiro.

“O bom desempenho do Brasil deve-se ao esforço dos alunos e à ajuda de seus respectivos colégios, bem como das instituições que lhes ofereceram treinamento prático e, é claro, da coordenação da OBB”.
Seleção

Chefe da delegação brasileira, o professor José Carlos Pelielo de Matos, da Uerj (Universidade Estadual do Rio de Janeiro), ressalta que, com investimentos em laboratórios de ponta em mais escolas, os resultados podem ser ainda melhores.

“Sabemos que ainda falta condição laboratorial em muitas escolas, e esse deve ser um caminho para conseguirmos melhorar ainda mais nossa atuação”, disse.”Tradicionalmente, somos bem melhores na teoria do que na prática. E isso é reflexo de uma política educacional, não só na biologia como em todas as outras disciplinas.”

Antes de viajar para El Salvador, 15 jovens, selecionados entre 70 mil estudantes que participaram da OBB (Olimpíada Brasileira de Biologia), passaram por um treinamento intensivo de duas semanas. A programação contou com aulas práticas e teóricas em instituições de ensino no Rio de Janeiro e em São Paulo. Entre eles, quatro foram escolhidos para representar o País na Oiab.

Rubens Oda, coordenador nacional da OBB, a importância maior do evento é estreitar a ponte entre a universidade e o ensino médio, contribuindo para a divulgação de novas descobertas e para a aprendizagem científica.
Próximos passos

A próxima Oiab será promovida em Brasília, em 2016. Os interessados em participar da seleção, que acontece através da OBB, devem estar cursando o ensino médio e ter, no máximo, 19 anos até o dia 1º de julho do ano que vem. Caso já tenha concluído o ensino médio, o participante não pode ter matrícula em instituição de ensino superior.

Brasileira é campeã da olimpíada mundial de engenharia nuclear

Brasileira é campeã da olimpíada mundial de engenharia nuclear

RIO – A estudante carioca Alice Cunha da Silva, de 25 anos, venceu nesta quinta-feira a “Olimpíada Nuclear”, competição mundial de universitários promovida pela World Nuclear University, após a disputa com outros quatro finalistas, em apresentação na sede da Agência Internacional de Energia Atômica, na Áustria.

Competição promovida pela World Nuclear University foi vencida após disputa com quatro outros finalistas

Competição promovida pela World Nuclear University foi vencida após disputa com quatro outros finalistas

Competição promovida pela World Nuclear University foi vencida após disputa com quatro outros finalistas

Depois de uma longa jornada para chegar à última fase, Alice, que está se formando em engenharia nuclear pela UFRJ, levou o troféu, com uma dissertação sobre a produção de radioisótopos.

A estudante passou por várias etapas antes de chegar à Áustria, incluindo a produção de um vídeo com o tema “Técnicas Nucleares para o Desenvolvimento Global”, a seleção do júri internacional, a busca para estar entre os cinco vídeos mais curtidos – que ela liderou, com cerca de 15 mil curtidas no Youtube – e o envio da dissertação.

Eis o vídeo de Alice:

Para conquistar apoio na internet, ela buscou ajuda em todas as partes que conseguiu, incluindo a Abdan (Associação Brasileira para Desenvolvimento de Atividades Nucleares), professores e amigos que puderam se envolver na divulgação do vídeo.

Alice recebendo a premiação

Alice recebendo a premiação

Quando o prazo foi encerrado, ela tinha mais do que o triplo de curtidas do que o segundo colocado. O trabalho foi voltado às aplicações médicas da engenharia nuclear, abordando os radioisótopos e ressaltando que a ciência nuclear também salva vidas.

A estudante atualmente trabalha na unidade brasileira da Westinghouse, onde atua na área de “core engineering”, também dando apoio às operações da empresa no Brasil. Enquanto isso, acompanha as discussões sobre o futuro do Programa Nuclear Brasileiro, na expectativa de que o país tome as decisões necessárias logo, permitindo a ampliação deste setor e o desenvolvimento da indústria nacional. A efetivação das novas usinas nucleares, por exemplo, pode ser um fator importante para as perspectivas de futuro no segmento brasileiro.

O exemplo da trajetória de Alice, que teve uma presença atuante desde o início dos estudos, em 2011, pode gerar um estímulo importante para novos cursos de graduação e novos olhares do Estado para essa carreira. Atualmente, há uma grande preocupação na área com a formação de novos quadros de mão de obra qualificada, já que a maior parte dos profissionais ativos na indústria vem de outras décadas e muitos devem se aposentar nos próximos anos.

A estudante mostrou desde o início da faculdade que podia contribuir com o segmento. Com apenas dois anos de ingresso na UFRJ, em 2013, ela teve um trabalho selecionado para uma conferência de estudantes da área nuclear realizada no Massachusetts Institute of Technology (MIT), promovida pela American Nuclear Society (ANS). Além disso, foi uma das fundadoras da seção estudantil de engenharia nuclear latino-americana da ANS, estudou um ano no Departamento de Engenharia Nuclear da Pennsylvania State University, em 2014, por meio do programa Ciência sem Fronteiras, e ainda fez um estágio de verão na sede da Westinghouse, em Pittsburgh, nos EUA.

Vitoriosa, Alice vai aproveitar para passear alguns dias pela Europa, para depois voltar ao Brasil e dar continuidade aos estudos e à carreira, que promete ainda muitos sucessos.

Bóson de Higgs – Como, onde e porque surgiu.

Para não comprometer o entendimento de todos, esse texto será divido em 3 partes;

Peter Higgs

Peter Higgs

1 – Introdução,
2 – O Higgs para leigos,
3 – O Higgs para não tão leigos.

– O porquê:

1 – Introdução:

Nós sabemos que a matéria é formada por átomos e há não muito tempo se descobriu que os átomos são compostos de outras partículas menores, como os elétrons, prótons e nêutrons. Mais recentemente ainda, 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.

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 possui 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. 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 píons, basicamente.

Imagem com Bosons Hadrons e Fermions.

Imagem com Bosons Hadrons e Fermions.

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, pois são provenientes de campos vetoriais. Os bósons de spin 2 são tensoriais (provenientes de campos tensoriais) e os bósons de spin 0 são chamados escalares (provenientes de campos escalares). Dentro desse grupo temos o fóton, que é o mediador de interações eletromagnéticas, 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 uma interação de massa.

Modelo padrão.

Modelo padrão.

 

“Zoológico” conhecido de partículas elementares. A primeira coluna são as partículas estáveis do nosso universo. Em verde, as partículas responsáveis pelas forças da natureza (elétrica, nuclear forte e nuclear fraca). Imagem do astro.iag.usp.br.

“Zoológico” conhecido de partículas elementares. A primeira coluna são as partículas estáveis do nosso universo. Em verde, as partículas responsáveis pelas forças da natureza (elétrica, nuclear forte e nuclear fraca). Imagem do astro.iag.usp.br.

Quando juntamos todas essas partículas fundamentais e as interações que elas representam, temos um zoológico de partículas e interações 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 se esperar foi uma cagada homérica que só deu dor de cabeça para os físicos.

2 – Higgs Para Leigos (e para jornalistas)

Mas enfim, que diabos é essa partícula exatamente? Obviamente a resposta correta e formal para essa pergunta exigiria uma boa quantidade de matemática, então isso fica para a seção 3. Aqui 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 não deveriam 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 nesse modelo. Para sanar o problema algumas 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 Higgs e é exatamente isso que o LHC tenta fazer, criar essas perturbações no campo.

Assim, a grosso modo, o bóson de Higgs é responsável pela massa das 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 uma pequena parte 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 em grande parte 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 texto: Dossiê Higgs

A busca pela partícula maldita começou antes do LHC, no acelerador Tevatron que funcionou até 2011 no Fermilab, EUA.
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. Um de seus programas era estudar o quark Bottom, porém houve a possibilidade de se estudar o bóson de Higgs associado aos bósons W e Z, uma vez que o Higgs decaía em quarks bottom. No geral o estudo foi um grande sucesso tanto para os quarks bottom 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.

Nesse tempo de árduo trabalho do Tevatron, o LHC ficou pronto e como trabalha com energia, intensidade mais altas e com detectores melhores, 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. Além dessa ótima notícia 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”.

3 – Higgs para Não Tão Leigos.

Após essa introdução vamos nos aprofundar um pouco mais no assunto. Aqui nós seremos levados a caminhos sombrios e muito bonitos da área de partículas e campos. Minha intenção é expor com maior número de detalhes possível o porque, onde e como surgiu o bóson de higgs. Indico as (muitas) linhas abaixo apenas a quem está disposto a entender o assunto de verdade, vai depender de seu esforço de absorver o que escreverei, pois não é nada trivial, embora seja deverás interessante. Não deixe de ler todos os textos linkados e também as referências.

3.1 – Quebra de Simetria Eletrofraca.

Antes de começarmos, dê uma lida nesse texto aqui: Campos e Partículas. Eu vou partir desse princípio.

O primeiro ponto a ser tratado é o que é a teoria eletrofraca e o que é uma quebra de simetria eletrofraca. Partiremos desse ponto pelo fato de o mecânismo de Higgs, que é o mecânismo com que algumas partículas ganham massa, ser uma quebra de simetria eletrofraca no modelo padrão.

Então, cabe a nós agora entendermos como funciona a quebra de simetria eletrofraca no modelo padrão.

Anteriormente abordei no texto sobre matéria e energia, que o que consideramos matéria propriamente dita são os férmions, que como você sabe temos como exemplo os quarks e elétrons, entre várias outras partículas. Os quarks interagem fracamente, fortemente e eletromagnéticamente, enquanto os léptons, como o elétrons, não interagem pela força forte. Em todo o caso, as interações fracas e eletromagnéticas de ambos os quarks e léptons são descritos de forma (parcialmente) unificada pela teoria eletrofraca. Resumindo, a teoria eletrofraca é basicamente a unificação da força nuclear fraca com a força eletromagnética.

Ok, onde entra a simetria nisso?

Podemos dizer que o universo ama simetrias, e a grande matemática Noether conseguiu mostrar que simetrias estão matematicamente relacionadas à conservações de propriedades como a carga elétrica, por exemplo. Mas que tipo de simetria são essas? Podemos dividir as simetrias nas leis da física em duas, as Globais e as Locais. Simetrias Globais são aquelas aplicadas uniformemente sobre todos os pontos do espaço. Se pegarmos um balão e marcarmos seus meridianos e paralelos (como na imagem a baixo), ao girarmos esse balão no seu eixo, por exemplo, veremos que a nova posição do balão é idêntica a primeira, isso porque todos os seus pontos foram girados de forma igual, sendo assim todos os pontos sobre o balão sofrem o mesmo deslocamento angular, essas simetrias são as que levam à conservação de cargas. As simetrias locais (também conhecidas como Simetria de Gauge¹) são aquelas aplicadas a cada ponto do espaço, tomando a mesma linha do exemplo anterior, é como se a simetria de local fizesse o balão manter a mesma forma, porém dessa vez cada ponto irá se mover independentemente, com isso surgirão forças aplicadas nos diversos pontos do balão, causando uma deformação dos meridianos e dos paralelos.


Apenas linhas paralelas

apenas os meridianos.

apenas os meridianos.

sobreposição dos meridianos e paralelos

Em 1954, a dupla de físicos Yang e Mills, demonstrou que se uma interação física tem simetria global e exigirmos que ela também seja invariante por simetria local, teremos então que colocar novos campos na interação desejada, isso porque precisamos dar origens àquelas forças “ponto-a-ponto” que surgem da simetria local. Esses novos campos são chamados de campos de gauge, que serão muito importantes para esse texto, uma vez que estão associados a bósons sem massa (como o caso do fóton).

A interação fraca é descrita por um campo de gauge, assim ela possui simetria local, um tipo específico que chamamos de SU(2), mas essa nomenclatura não importa muito para esse texto. Como sabemos, campos estão associados à partículas e as partículas associadas a campos de gauge são bósons vetoriais massivos. Pô, mas eu acabei de dizer acima que Yang-Mills previa bósons vetoriais não massivos, mas agora a interação fraca requer bósons massivos?! Tem um problema aí?!

Sim, a teoria feita por Yang e Mills tinha um problema, quando ela tentava descrever bósons massivos surgiam valores infinitos nas equações, e isso significa que alguma coisa deu merda. Quando surgem infinitos em uma teoria dizemos que ela não é uma teoria renormalizável para aquela situação, assim ela não funciona direito. Afim de descrever a forma com que os bósons na teoria de Yang-Mills ganham massa, algumas idéias foram propostas, e a principal delas pode ser vista nessa imagem abaixo:


artigosEsses papers, acima mostraram que os bósons vetoriais da Teoria de Yang-Mills poderiam ganhar massa a partir de uma mecanismo que quebra esponataneamente a simetria de gauge. Esse mecanismo é chamado de “mecanismo de higgs” e ele quebra a simetria que impedia os bóson vetoriais ganharem massa. Podemos chamar esse evento de quebra de simetria eletrofraca, pois está associado a essa interação. A essa quebra de simetria eletrofraca existe um bóson associado, o bóson de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble, injustamente conhecido apenas como bóson de Higgs.

3.2 – Mecanismo de Higgs, e a coisa fica mais complicada.

Aqui vamos precisar de um pouco de matemática, mas não se assuste, muito provavelmente você não irá entender algumas coisas, mas meu foco é que você entenda ao menos o que cada termo das equações abaixo significa.

A pergunta inicial aqui é “como descrevemos um campo matematicamente ?”. Para fazer isso nós usamos a energia do campo, subtraímos a energia potencial da energia cinética do mesmo, da seguinte forma:

L=K−V

K é o termo cinético e V é o termo potencial, a essa subtração damos o nome de Lagrangiana. São essas lagrangianas que descrevem o comportamento do campo. Se considerarmos um campo escalar massivo da seguinte forma:eq1

Esse campo é chamado de dubleto, pois possui dois termos e o que nos interessa é o de baixo, ϕ0. ϕ+ está associado a um campo não físico e ϕ0 está associado ao famoso campo de Higgs, dado por:eq2

H é um campo real escalar associado ao bóson de Higgs e v é a relação μ/λ√. A Lagrangiana² que descreve o campo é a seguinte:eq3

Dμ é uma derivada covariante em quatro dimensões de Φ, “Dagger” (†) indica que é um conjugado hermitiano da derivada de Φ e de Φ.

Tá, mas e agora? o que fazemos com isso?

O primeiro passo que devemos dar é esquecer o termo cinético e encontrar o termo de potencial mínimo. Potencial mínimo pode ser entendido classicamente de forma simples. Imagine uma montanha russa, na parte mais alta dela a energia potencial é máxima, na parte mais baixa a energia potencial é mínima, se o campo fosse uma montanha russa nós estaríamos tentando encontrar a parte mais baixa dele. O potencial mínimo é chamado de vácuo, e assim como a montanha russa, podemos ter vários pontos de mínimo, ou seja, de vácuos. Quando formos tentar encontrar o mínimo do potencial na lagrangiana do campo, nós encontraremos apenas um vácuo de todos os possíveis. Nesse contexto a quebra espontânea de simetria “escolhe” um vácuo possível do sistema. Ou seja, escolhe um mínimo do potencial.
Ok, eu sei, ficou confuso então tentarei dar um exemplo mais simples. Imagine que você está em uma mesa de jantar redonda repleta de pessoas, e existem copos à direita e a esquerda de cada pessoa, como na imagem a baixo.

como você pode ver, o copo a esquerda de um será sempre o copo a direita do outro

como você pode ver, o copo a esquerda de um será sempre o copo a direita do outro

 

minimo de potencial no campo de Higgs

minimo de potencial no campo de Higg

 

Antes de você escolher seu copo, todos têm a chance de escolher o copo da direita ou da esquerda, porém se você resolver beber no copo da esquerda irá forçar as outras pessoas a escolherem o copo da esquerda também. Isso é a quebra espontânea de simetria. As pessoas representam o campo e o copo representa o mínimo de potencial (vácuo).

I15-07-Higgs

Tomando o mínimo do potencial (derivando o potencial), como eu tinha dito, obtemos:

eq4

Agora basta fazer uma substituição direta de Φ2 no potencial V e obtemos

eq5

H é nosso Bóson de Higgs com massa de 2λv2, o H3 e H4 são termos que chamamos de auto-interação. Nós acabamos de fazer um monte de conta, mas o que elas significam é algo ainda mais bonito. Traduzindo em palavras, o que temos é um bóson vetorial que não possuía massa, mas após uma quebra espontânea de simetria local ele ganha massa. Esse mecanismo de uma partícula sem massa ganhar massa na quebra de simetria é chamado de mecanismo de Higgs e pode ser resumido assim:

4 campos escalares + 4 bósons não massivos —> 1 campo escalar + 3 bósons massivos + 1 não massivo

Note que nesse resumo, 3 campos escalares massivos desaparecem, isso acontece porque os bósons sem massa “engolem” esses campos e adquire massa. Da mesma forma que fizemos para um bóson, podemos fazer para férmions, como é o caso do elétron, mas aí é muito mais complicado e não cabe nesse texto.

Acima demonstrei e falei muitas coisas extremamente complicadas que só começam a ser vistas pelos físicos no mestrado e doutorado, logo abaixo voltarei a tratar em termos leigos alguns aspectos que considero importante sobre a existência do campo de Higgs.

3.3 – Higgs existe? Ele está ligado ou desligado?

O Higgs está envolvido de formas diferentes à massa de determinadas partículas. Por exemplo, o Higgs dá massa diretamente às partículas elementares conhecidas, férmions e bóson, como elétrons, quarks, bóson Z e W, etc. Embora os prótons sejam formados por 3 quarks, grande parte de sua massa vêm da interação forte. Mas meu foco aqui será: o campo de Higgs existe? Se existe ele está “ligado” ou “desligado”?

Começaremos com uma ilustração clássica e simples que é correlata – O campo elétrico é bem diferente do campo de higgs em muitos aspectos, mas para esse exemplo ele funciona bem. Vocês se lembram daquelas TV’s de tubo de antigamente? Então quando a ligávamos e passávamos perto da tela, sentíamos os pelos do nosso braço se arrepiarem, nesse caso o campo elétrico estaria ligado. Um campo elétrico desligado seria uma região neutra, como a que você está agora provavelmente. Sendo assim, o campo elétrico existe e pode ser medido, mas ele pode estar “ligado” ou “desligado”.

Com o Higgs acontece algo semelhante, se ele existir de fato no nosso universo, ele pode estar “ligado” ou “desligado”. Detectar um bóson de Higgs confirma a existência do campo de Higgs e mostra que ele está ligado. Usando o elétron como exemplo, se o campo de Higgs não existisse, ele não teria massa. Se o campo de Higgs existisse, mas não estivesse ligado, então sua massa seria menor do que a observada, pois teria origem na força nuclear forte e em pequenas interações entre os elétrons e o campo de Higgs desligado.

Agora que sabemos onde, como e porquê o bóson de Higgs surge, vamos nos focar em aspectos experimentais e propriedades específicas, mas esse texto já tem informações demais, então darei uma semana para você tentar digerir isso tudo até a postagem do próximo texto. Minha intenção na sequência é continuar fazendo um misto de assuntos mais técnicos e com mais leigos, vamos analisar dados, falar de acoplamento e outros termos técnicos e legais. Espero que tenham gostado.

Bibliografia:

– The Higgs Hunter’s Guide – Dawson etall- 1990
– P.W. Higgs, Phys. Lett. 12 (1964) 132, Phys. Rev. Lett, 13 (1964) 508,
Phys. Rev. 145 (1966) 1156; F, Englert and E. Brout, Phys. Rev. Lett
13 (1964) 321; G-S. Guramik, C.R. Hagen and T.W.B. Kibble,
Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 585; T.W.B. Kibble, Phys. Rev. 155 (1967)
1554.
– S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. W (196?) 1264; A. Salam, Proceedings of
the 8th NoM Symposium (Stockholm), edited by N. Svartholm (Almqvist
and Wiksell, Stockholm, 1968) p. 367.
– S. Glashow, Nvcl. Phys. 22 (1961) 579.
– M. Veltman, Acta Phys. Pol. B8 (1977) 475.
– B.W. Lee, C, Quigg and G.B. Thacker, Phys. Rev. Lett. 38 (1977) 883;
Phys. Rev. D16 (1977) 1519.
– L. Susskind, Phys. Rev. D20 (1979) 2619; S. Weinberg, Phys. Rev. D19
(1979) 1277.
– I.J.R. Aitchison and A.J.G. Hey, Gauge Theories in Particle Physics
(Adam Hilger, Bristol, 1982).
– T.-P. Cheng and L.-F. Li, Gange Theory of Elementary Particle Physics
(Oxford University Press, Oxford, 1984).
– H.E. Haber and G.L. Kane, Phys. Rep. 117C (1985) 75.
– Gauger Theories In Particle Physics.
– Higgs Boson Physics part I.
– Theory of Higgs Bosons: The Standard Model and Beyond.
– Introduction to the Physics of Higgs Bosons.

 

via  – https://simetriadegauge.blogspot.com/2013/10/boson-de-higgs-de-onde-e-porque-surgiu.html


O maior objeto do Universo

“Há mais de dez anos, enquanto mediam a temperatura do Universo, astrônomos encontraram algo estranho: uma faixa do espaço com uma largura equivalente a 20 luas e que era extraordinariamente fria.

A descoberta ocorreu quando esses cientistas exploravam a radiação de micro-ondas que envolve todo o Universo, conhecida como Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (CMB, na sigla em inglês). É a região que temos mais parecida com o que era o Universo quando ele foi criado.

A CMB permeia o espaço e tem praticamente o mesmo aspecto em todas as áreas, emitindo uma temperatura fria de 2.725 kelvins ─ apenas alguns graus a mais do que 0oC. Com o uso novos satélites com sondas para micro-ondas (WMAP, na sigla em inglês), os astrônomos passaram a tentar descobrir as mínimas variações de temperatura nessa massa.

Segundo teoria, um vazio tão enorme no espaço pode deixar uma marca glacial na CMB

Segundo teoria, um vazio tão enorme no espaço pode deixar uma marca glacial na CMB

 

Foi ali que eles encontraram essa área fria, que, apenas recentemente, foi atribuída a uma gigantesca caverna vazia, chamada de “supervazio” cósmico ─ tão grande que pode ser o maior objeto existente em todo o Universo.
Segundo a teoria, um vazio tão enorme, onde não existe nem uma mera estrela, pode deixar uma marca glacial na CMB.

A formação da área fria

Tudo o que existe no cosmos ─ galáxias e matéria negra invisível ─ se espalha pelo espaço em uma vasta rede de filamentos. Entre eles, há bolsões de vazio de várias formas e tamanhos.

Um vazio realmente grande pode atuar como uma lente, fazendo o CMB parecer mais frio do que é.

Assim como a maioria das coisas, a luz também está sujeita à influência da gravidade, que age sobre os fótons em seu trânsito. Mas dentro do vazio, a escassez de matéria faz com que não exista praticamente gravidade. Quando um fóton penetra no vazio, ele perde energia, mas depois pode recuperar a energia perdida.

Segundo um astrônomo, um vazio tão enorme não é comum, assim como é raro que uma área fria esteja coincidentemente alinhada com o vazio

Segundo um astrônomo, um vazio tão enorme não é comum, assim como é raro que uma área fria esteja coincidentemente alinhada com o vazio

Enquanto um fóton navega por um vazio, o Universo continua a se expandir. Quando o fóton sai do vazio, encontra a matéria mais espalhada. Por isso, o efeito da gravidade sobre ele não é tão forte.

Físicos descreveram esse fenômeno pela primeira vez no fim dos anos 60, mas ninguém nunca o observou. Depois da descoberta da área fria, astrônomos como Istvan Szapudi, da Universidadedo Havaí, começaram a buscar provas desse comportamento, chamado efeito de integração Sachs-Wolfe (ISW), e as encontrou em 2008.

Szapudi e sua equipe procuraram pelo efeito ISW na análise estatísticas de cem vazios ou aglomerações de galáxias, e descobriram que o fenômeno muda a temperatura da CMB em cerca de 10 milionésimos de kelvin (ou 10 microkelvins).

Em comparação com a área fria, que tem uma temperatura 70 microkelving mais fria do que a média da CMB, trata-se de um efeito pequeno. Mas os cientistas conseguiram mostrar que os vazios podem criar áreas frias ─ e um supervazio seria capaz de formar uma grande área fria.

Para procurar pelo supervazio, Szapudi e seus colegas varreram uma área que cobriria o local onde estaria a área fria. Eles a encontraram a menos de 3 bilhões de anos-luz da Terra, e descobriram se tratar de um objeto gigantesco.
Seu raio mede mais de 700 milhões de anos-luz, o que faz dele provavelmente a maior estrutura física do Universo.

Segundo o astrônomo, um vazio tão enorme não é comum, assim como é raro que uma área fria esteja coincidentemente alinhada com o vazio. “É muito mais provável que o vazio esteja gerando a área fria”, diz ele.

Dúvidas sobre a estrutura

Mas outros astrônomos ainda duvidam que se trate de um supervazio.
Patricio Vielva, da Universidade da Cantábria, na Espanha, que liderou a descoberta da área fria em 2004, acredita na possibilidade de essa região ser o resultado de uma textura cosmológica, um defeito no Universo semelhante às fissuras encontradas no gelo.

Tudo o que existe no cosmos ─ galáxias e matéria negra invisível ─ se espalha pelo espaço em uma vasta rede de filamentos

Tudo o que existe no cosmos ─ galáxias e matéria negra invisível ─ se espalha pelo espaço em uma vasta rede de filamentos

Em 2007, Vielva conseguiu demonstrar que se existe uma textura no Universo, ela poderia criar a área fria através do efeito ISW.

Já o astrônomo Rien van de Weijgaert, da Universidade de Groningen, na Holanda, acredita que a textura seja mera especulação.

“Para a maioria de nós, o supervazio ainda parece ser a melhor explicação para a área fria”, afirma o holandês.

Para entender mais, é necessário coletar mais dados. Por enquanto, fazendo mais observações que possam trazer medidas mais precisas do tamanho e das propriedades do supervazio.

Se o supervazio for realmente confirmado, ele será a primeira medida de um objeto que deixa uma marca na CMB através do efeito ISW. Isso é importante não apenas pelo tamanho extraordinário da estrutura. “Teremos com ele uma maneira a mais para estudar a energia negra, que é uma das coisas mais intrigantes do Universo”, afirma Szapudi.”

Terra vista da ISS

Antes de cair no sono no sábado, 5 de setembro, astronauta da NASA Scott Kelly a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS)postou esta imagem e escreveu:
“#boa noite, #Terra! Faça-me orgulhoso e eu vou tentar fazer o mesmo.
#YearInSpace. “Kelly está vivendo e trabalhando fora da Terra, para a Terra a bordo da estação para uma missão de um ano.
Terra vista da ISS

Viajando pelo mundo cerca de 250 milhas acima da Terra e em 17,500 mph, ele circunda o globo mais de uma dúzia de vezes por dia.
Crédito de imagem: NASA

reciclagem de agua na ISS com tecnologia aquaporin

Fornecimento de água potável para os astronautas da Estação Espacial Internacional é uma dor de cabeça para os engenheiros e planejadores de missão.

MEMBRANA BIOMIMÉTICO – COPIAR A NATUREZA PARA PURIFICAR A ÁGUA NO ESPAÇO

Fornecimento de água potável para os astronautas da Estação Espacial Internacional é uma dor de cabeça para os engenheiros e planejadores de missão.

Fornecimento de água potável para os astronautas da Estação Espacial Internacional é uma dor de cabeça para os engenheiros e planejadores de missão.

A água é pesada e os seres humanos consomem muitos litros de água por dia e enviar para o espaço é caro.
A reciclagem é a opção óbvia, mas a coleta de suor e urina e transformá-la em água potável é um processo complexo que requer grandes máquinas e energia.

Sistemas de reciclagem de água da Estação Espacial são exemplares de tecnologia que é usada na Terra para fazer água potável onde ela é escassa. No entanto, os engenheiros espaciais estão sempre procurando maneiras de melhorar o sistema. Alguns dos principais filtros no sistema atual pesa aprox. 150 kg cada e precisam ser substituídos regularmente como eles entopem-se com moléculas indesejadas.
Kit lançamento Aquamembrane. Créditos Aquaporing Space Alliance\
A empresa dinamarquesa Aquaporin Space Alliance ApS pode ter a solução para a inconveniência do filtro usando nanotecnologia e proteínas.
As chamadas proteínas Aquaporin para regular o abastecimento de água em todos os seres vivos – a partir de seus rins para brotos de bambu e peixes.

O experimento ‘AquaMembrane’ para o ISS utiliza a tecnologia Aquaporin Dentro ™ que consiste em proteínas aquaporina encapsuladas numa membrana de fibra oca.
A água passa naturalmente através dos tubos de proteína de tamanho nano, mas uma carga eletrostática pára íons, incluindo sal, de passar. O resultado é um fluxo contínuo de água a partir de um lado para o outro da membrana que não requer qualquer energia adicional, um processo para a frente chamado-osmose. À medida que o processo funciona em escala molecular os filtros de membrana-dificilmente vao se entupir e pode ser utilizado durante mais tempo do que os filtros regulares.

https://blogs.esa.int/iriss/2015/08/19/biomimetic-membrane-copying-nature-to-purify-water-in-space/
https://www.youtube.com/watch?v=7Z5_uuI_pFI

O que é Entrelaçamento Quântico?

O que é Entrelaçamento Quântico?

Entrelaçamento ou Emaranhamento Quântico. Um nome bonito de uma belo porém muito mal interpretado princípio da mecânica quântica. Embora também seja altamente mal interpretado. Em suma, o entrelaçamento quântico significa que múltiplas partículas estão ligados entre si de uma forma tal que a medição do estado quântico de uma partícula determina os possíveis estados quânticos das outras partículas.

Exemplo clássico de entrelaçamento Quântico

O que é Entrelaçamento Quântico?

O que é Entrelaçamento Quântico?

O exemplo clássico de entrelaçamento quântico é chamado o paradoxo EPR ou (Einstein, Podolsky e Rosen)​​. Em uma versão simplificada deste caso, considere uma partícula quântica com rotação 0 que se decompõe em duas novas partículas, partículas A e B. Cada partícula, A e B, encabeçam em direções opostas. No entanto, a partícula original tinha um spin quântico de 0. Cada uma das novas partículas tem um spin quântico de 1/2, mas como elas têm que se somar e resultar a 0, uma deve ser +1/2 e outra, -1/2.

Esta relação significa que as duas partículas estão emaranhadas. Quando você mede o spin das Partículas A, a medida tem um impacto sobre os possíveis resultados que você poderia ter quando medisse o spin da partícula B. E isso não é apenas uma previsão teórica interessante, mas foi verificada experimentalmente através de testes de Teorema de Bell.

Uma coisa importante a lembrar é que na física quântica, a incerteza inicial sobre o estado quântico da partícula não é apenas uma falta de conhecimento. A propriedade fundamental da teoria quântica é que antes do ato de medir, a partícula realmente não tem um estado definitivo, mas é em uma superposição de todos os estados possíveis. Este é o melhor modelado pelo clássico quantum experimento mental física, o gato de Schrödinger , onde a mecânica quântica abordagem resulta em um gato não observado que é vivo e morto ao mesmo tempo. Einstein o chamada de Efeito Fantasmagórico à Distância.

A função de onda do Universo

Uma forma de interpretar as coisas é a de considerar todo o universo como uma única função de onda. Nesta representação, esta “função de onda do universo” conteria um termo que define o estado quântico de cada partícula. É esta abordagem que deixa aberta a porta para as alegações de que “tudo está conectado”, que muitas vezes fica manipulados (intencionalmente ou por confusão) para acabar com coisas como os erros de física em The Secret .

Embora essa interpretação não signifique que o estado quântico de cada partícula do universo afeta a função de onda de todas as outras partículas. É apenas matemática. Não há realmente nenhum tipo de experiência física que poderia – mesmo em princípio – descobrir o efeito de atirar um elétron aqui na Terra e em Marte sentir este efeito em outro elétron, pelo menos por enquanto.

dia dia de um astronauta na ISS

O astronauta Andreas completou a configuração da experiência Aquamembrane ao longo de todo o dia e literalmente embrulhando o experimento, primeira investigação completa sobre a Estação Espacial Internacional!

Andreas Mogensen working on Aquamembrane experiment. Credits: ESA/NASA

Andreas Mogensen working on Aquamembrane experiment. Credits: ESA/NASA

As águas residuais purificada com nano-tecnologia a partir de novas membranas foi armazenada e retornará à Terra para análise posterior.

Entre duas sessões Aquamembrane para responder os três questionários ele completou com papel e lápis, enquanto a caminho da ISS – Estação Espacial Internacional. Seu quarto questionário foi inserido diretamente em um computador Station e enviados digitalmente para os pesquisadores.

Andreas tirou uma foto do Bistro experiência e fez sua primeira sessão de degustação dos petiscos espaciais feitos de Spirulina.

Andreas Mogensen durante teleconferência ao vivo com a Dinamarca.

Às 16h55 GMT Andreas teve a sua primeira chamada ao vivo a partir do espaço. Chamado de ‘Public Affair objectivo » ou PAO no jargão do espaço, ele configurar a cena com uma bandeira dinamarquesa e da ESA no módulo Columbus e falou com o primeiro-ministro dinamarquês, entre outros ao vivo na TV. Backup Andreas, o astronauta da ESA Thomas Pesquet estava no evento na Dinamarca e ajudou a moderar a chamada.

Algumas sessões de treinamento de emergência obrigatório foram realizadas ao longo do dia e Andreas também teve alguns períodos de adaptação, onde ele poderia ainda se acostumar com a ausência de peso e sua nova casa temporária.

Andreas Mogensen during live call with Denmark.

Andreas Mogensen during live call with Denmark.


Astronauta japonês Kimiya Yui verificado que o Kubik incubadora estava correndo como planejado e confirmou que as amostras estão na correcta 37°C e girando na velocidade certa para simular a gravidade terrestre.

https://blogs.esa.int/iriss/2015/09/06/flight-day-4-recap/