Category Archives: Física Quântica

Com participação de brasileiro, cientistas simulam buraco negro

O físico Maurício Richartz, professor da Universidade Federal do ABC (UFABC), é um dos autores do artigo, produzido pelo grupo de Silke Weinfurtner

Com participação de brasileiro, cientistas simulam buraco negro

Com participação de brasileiro, cientistas simulam buraco negro

Certos fenômenos que ocorrem em buracos negros, mas não podem ser observados diretamente nas investigações astronômicas, podem ser estudados por meio de simulações em laboratório. Isso se deve a uma analogia peculiar entre processos característicos de buracos negros e processos hidrodinâmicos. O denominador comum de uns e outros é o fato de as propagações de ondas se darem de forma bastante similar.

Essa possibilidade é explorada em um novo artigo publicado na Physical Review Letters. O físico Maurício Richartz, professor da Universidade Federal do ABC (UFABC), é um dos autores do artigo, produzido pelo grupo de Silke Weinfurtner, da School of Mathematical Sciences da University of Nottingham, no Reino Unido. O trabalho teve apoio da FAPESP por meio do Projeto Temático “Física e geometria do espaço-tempo”, coordenado por Alberto Vazquez Saa.

“Embora este estudo seja inteiramente teórico, temos feito também simulações experimentais no laboratório de Weinfurtner. O equipamento é, basicamente, um grande tanque de água, com dimensões de 3 metros por 1,5 metro. O tanque dispõe de um ralo no centro e de um aparato de bombeamento, que reintroduz a água que escoa. Isso possibilita que o sistema atinja um ponto de equilíbrio, no qual a quantidade de água que entra iguala a quantidade de água que sai. Dessa forma, conseguimos simular um buraco negro”, disse Richartz à Agência FAPESP.

O pesquisador explicou como isso é possível. “A água ganha velocidade à medida que escoa. Quanto mais próxima do ralo, mais rapidamente ela flui. Então, quando produzimos ondas na superfície da água, passamos a ter duas velocidades importantes: a velocidade de propagação das ondas na água e a velocidade de escoamento da água como um todo”, disse.

“Longe do ralo a velocidade das ondas é muito maior do que a velocidade do fluido. Por isso, as ondas podem se propagar em qualquer direção. Perto do ralo, porém, a situação muda: a velocidade do fluido torna-se muito maior do que a velocidade das ondas. E isso faz com que a onda seja arrastada pelo fluido, mesmo que ela se propague em sentido contrário. Dessa forma, é possível produzir, em laboratório, um simulacro do buraco negro”, prosseguiu.

No buraco negro astrofísico real, a atração gravitacional captura a matéria e impede o escape de qualquer tipo de onda – mesmo das ondas luminosas. No simulacro hidrodinâmico, são as ondas na superfície do fluido que não conseguem escapar do vórtice que se forma.

Em 1981, o físico canadense William Unruh descobriu que a similaridade dos dois processos, o do buraco negro e o hidrodinâmico, constitui mais do que uma simples analogia. De fato, feitas algumas simplificações, as equações que descrevem a propagação de uma onda nas vizinhanças do buraco negro tornam-se rigorosamente iguais às equações que descrevem a propagação da onda na água que escoa pelo ralo.

É isso que legitima investigar, no processo hidrodinâmico, fenômenos característicos de buracos negros. No novo estudo, Richartz e colaboradores estudaram o relaxamento de um simulacro de buraco negro hidrodinâmico fora do equilíbrio, levando em conta fatores que haviam sido ignorados até então. O fenômeno estudado é, em alguns aspectos, semelhante ao processo de relaxamento de um buraco negro astrofísico real que emite ondas gravitacionais após ser criado pela colisão de dois outros buracos negros.

“Uma análise cuidadosa do espectro das ondas revela as propriedades do buraco negro, como o momento angular e a massa. Em sistemas gravitacionais mais complexos, o espectro pode depender de mais parâmetros”, descreve o artigo publicado em Physical Review Letters.

Vorticidade
Um parâmetro geralmente ignorado nos modelos mais simples – e que foi considerado no estudo – é a vorticidade. Trata-se de uma grandeza empregada em mecânica dos fluidos para quantificar a rotação de regiões específicas do fluido em movimento.

Se a vorticidade é nula, a região simplesmente acompanha o movimento do fluido. Porém, se a vorticidade não é nula, além de acompanhar o fluxo, ela também rotaciona em torno de seu próprio centro de massa.

“Nos modelos mais simples, geralmente se assume que a vorticidade no fluido seja igual a zero. Isso é uma boa aproximação para regiões do fluido situadas longe do vórtice. Mas, para regiões próximas do ralo, já não é uma aproximação tão boa, porque, neste caso, a vorticidade se torna cada vez mais importante. Então, uma das coisas que fizemos em nosso estudo foi incorporar a vorticidade”, disse Richartz.

Os pesquisadores buscaram entender como a vorticidade influencia o amortecimento das ondas durante a propagação. Quando um buraco negro real é perturbado, ele emite ondas gravitacionais que oscilam com uma certa frequência. A amplitude das ondas decai exponencialmente com o tempo. O conjunto de ressonâncias amortecidas que descreve como o sistema excitado é levado de volta ao equilíbrio é caracterizado, tecnicamente, por um espectro de modos quase-normais de oscilação.

“Em nosso trabalho, investigamos como a vorticidade influencia os modos quase-normais no análogo hidrodinâmico do buraco negro. E nosso principal resultado foi o fato de termos encontrado algumas oscilações que decaem muito lentamente, isto é, que permanecem ativas por muito tempo, e que ficam localizadas espacialmente nas proximidades do ralo. Essas oscilações já não constituem modos quase-normais, mas um outro padrão denominado estados quase-ligados”, disse Richartz.

Um desenvolvimento futuro da pesquisa é produzir experimentalmente esses estados quase-ligados em laboratório.

Projeto do computador quântico une algoritmo e IA para agir como cérebro

Uma das grandes expectativas para os próximos anos no ramo da computação é a adoção dos chamados computadores quânticos. Tidos como a principal solução para superar as limitações atuais de desempenho, eles são um passo fundamental no avanço de tecnologias como inteligência artificial e aprendizado de máquina.

É justamente nesse tipo de aplicação que o professor Michael Hartmann, da universidade britânica Heriot-Watt, tem investido. Ele lidera uma pesquisa que visa construir o primeiro computador dedicado a redes neurais, mesclando a computação quântica e o uso de algoritmos de inteligência artificial.

Tecnologia quântica substituiria o sistema binário usado na computação atualmente

Projeto do computador quântico une algoritmo e IA para agir como cérebro

Uma rede neural é um algoritmo de aprendizado de máquina que se inspira no funcionamento de um cérebro, sendo capaz de aprender por meio de exemplos para lidar com situações inéditas.

Ao combinarmos esses dois ramos de computação, nós esperamos dar um passo significativo no sentido de criar uma inteligência artificial que opere em velocidades sem precedentes e que seja capaz de tomar decisões complexas em um intervalo de tempo muito pequeno Hartmann, ao site acadêmico “The Conversation”

Projeto do computador quântico une algoritmo e IA para agir como cérebro

Projeto do computador quântico une algoritmo e IA para agir como cérebro

Como o computador quântico vai solucionar problemões do tamanho do Universo

 

Ainda de acordo com o professor, máquinas do tipo poderiam ajudar na criação de carros realmente autônomos ou, ainda, atuar em tarefas extremamente complexas, como coordenar o tráfego de veículos nas ruas de uma cidade inteira em tempo real.

Hartmann, porém, salienta que ainda vai demorar para chegarmos nesse ponto. Para ele, utilizar essa tecnologia no seu potencial máximo envolve a criação de aparelhos grandes, um processo que levará dez anos ou mais, uma vez que cada detalhe técnicos precisa ser controlado com precisão para evitar erros computacionais.

Mas, uma vez que mostrarmos que essas redes neurais quânticas podem ser mais poderosas em aplicações no mundo real do que as feitas com programas de inteligência artificial clássicos, elas rapidamente se tornariam a tecnologia mais importante do mundo

O que é um computador quântico?

Projeto do computador quântico une algoritmo e IA para agir como cérebro

Tecnologia quântica substituiria o sistema binário usado na computação atualmente

Um computador quântico é, basicamente, a união entre a mecânica quântica e a computação como uma forma de “driblar” a limitação atual da melhoria de velocidade dos computadores. Para se ter uma ideia do quanto a tecnologia “tradicional” avançou, os principais processadores de fabricantes como Intel usam transístores que medem 14 nm –o vírus da gripe, por exemplo, tem entre 80 e 12 nm de diâmetro.

A computação quântica visa mudar a forma como os processadores funcionam para compensar o seu limite de tamanho físico. Eles deixam de ter um funcionamento binário, isso é, o padrão “0 e 1” para fazer cálculos, e passam a usar bits quânticos, que se valem de partículas subatômicas capazes de atuarem além dos estados “0 e 1” –na verdade, elas têm infinitos estados entre esses dois limites.

Sendo assim, um processador com essa tecnologia poderia realizar um número muito maior de operações simultâneas do que os componentes atuais e superar a principal barreira de desempenho da computação atualmente.

 

 

 

Novos estudos da física querem derrubar teorias de Einstein.

p>Albert Einstein já morreu? Sim. O velho gênio deu o suspiro final e murmurou, em alemão, suas últimas palavras indecifráveis no dia 18 de abril de 1955. Porém, atualmente, ele está m

Novos estudos da física querem derrubar teorias de Einstein.

orrendo pela segunda vez; isso se você acreditar na enxurrada de artigos e trabalhos lamentando a situação da física contemporânea.

Esqueça a recente e surpreendente descoberta das ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo que Einstein já previra há um século e que indicam que o universo está coberto de buracos negros despedaçando e engolindo estrelas. Não, agora outro legado controverso de Einstein, algo muito mais profundo do que a gravidade ou a teoria quântica, está em jogo.

Mais do que qualquer um, foi Einstein quem estabeleceu o propósito da ciência moderna: a busca por uma teoria final do tudo, uma teoria unificada, como ele diria, que explicasse por que não haveria outra opção de constituição do universo a não ser esta em que vivemos. Ou, como ele colocou: “O que me interessa é saber se Deus teve alguma opção na criação do mundo.”

Se Albert lesse o título do artigo publicado no último verão na revista científica on-line “Quanta”, iria revirar no túmulo. Robbert Dijkgraaf, diretor do Instituto de Estudos Avançados, onde Einstein passou seus últimos 22 anos, escreve: “Não existem leis da física.” O que há é um espantoso cenário de possibilidades, quase infinitas, uma rede sutilmente conectada de versões da realidade. Há um universo para cada sonho bom ou ruim que você já teve, cada um com seu próprio conjunto de partículas, forças, leis e dimensões, ele afirma no artigo.

Esse cenário, também conhecido como multiverso, é o que vislumbram os estudiosos da teoria das cordas, que resolveram passar por cima do legado de Einstein na mais recente manifestação de criatividade científica. A teoria das cordas une a gravidade, que curva o cosmo, com a mecânica quântica, que descreve a aleatoriedade, ao estabelecer que as partes constituintes da natureza são como pequenas cordas de energia vibrando em 11 dimensões.

A teoria foi descrita como uma parte da física do século 21 que caiu no século 20 por acidente – e que talvez necessite de matemáticos do século 22 para poder ser compreendida. O resultado é um labirinto matemático com 10^500 soluções, cada uma representando um universo em potencial. A princípio, um desses universos seria o nosso, mas ninguém sabe qual, pois a matemática e a física são terrivelmente complexas. Ou como se lê no artigo de Dijkgraaf: “Se nosso mundo é um entre muitos, como lidar com as alternativas? O ponto de vista atual pode ser entendido como o extremo oposto do sonho de Einstein de um único cosmo.”

Questionado em Princeton, Dijkgraaf disse que o título do artigo, o qual ele não escreveu, talvez tenha sido um exagero e que provavelmente exista um princípio fundamental, mas, o que quer que ele seja, está por trás da teoria das cordas. No entanto, ninguém, nem mesmo os fundadores da teoria das cordas, consegue dizer o que é. Cientistas foram levados a essa ideia após descobrirem, há duas décadas, que uma força misteriosa, a energia escura, está acelerando a expansão do universo, fazendo com que as galáxias se distanciem umas das outras cada vez mais rapidamente através do tempo cósmico.

Essa energia escura carrega todas as características de um fator de correção, chamado constante cosmológica, que Einstein incluiu em suas equações um século atrás para depois rejeitá-lo como uma gafe. Mas a quantidade dessa energia escura é menor do que o valor previsto da constante cosmológica por uma razão de 10^60. Físicos só conseguem explicar a discrepância assumindo que o valor da constante de Einstein é aleatório em todos os universos em potencial; nós vivemos em um onde existe a quantidade correta de energia escura que possibilita a formação de estrelas e galáxias. Resumindo, nós moramos onde dá para morar.

Alguns físicos creem que o cenário é uma extensão lógica da revolução copernicana. Assim como a Terra não é o centro do sistema solar nem o único planeta, nosso universo também não é o único. Outros acreditam que a ideia de outros universos é um absurdo epistemológico, uma especulação sem saída, impossível de ser provada e uma traição do sonho einsteiniano de um único cosmo. Mesmo em nosso universo uno, os seguidores de Einstein estão enfrentando problemas, o caminho até o conhecimento definitivo está bloqueado ou talvez não exista.

A descoberta, após longa busca, em 2012, do bóson de Higgs confirmou a última parte pendente de um sistema matemático complexo conhecido como Modelo Padrão da Física de Partículas, o qual detalha todas as formas de matéria e energia que podem ser medidas em um laboratório. O Modelo Padrão explica, por exemplo, por que o computador liga e por que uma gardênia tem um cheiro tão doce.

Contudo, o modelo funciona bem demais. Físicos que estudam partículas filtraram os restos de trilhões de colisões subatômicas realizadas no Grande Colisor de Hádrons, a imensa máquina em que se descobriu o Bóson de Higgs. Até agora, eles conseguiram confirmar que o Higgs se comporta da maneira prevista pelo Modelo Padrão.

Apesar de ser uma grande conquista intelectual, foi incapaz de revelar alguma discrepância que pudesse levar a uma teoria mais abrangente. Mais especificamente, os pesquisadores não acharam pistas de um fenômeno que eles tanto buscam, a supersimetria, que faria a conexão entre as forças físicas individuais e forneceria toda uma nova gama de partículas elementares, incluindo, talvez, o que forma a matéria escura.

A supersimetria, no entanto, pode ter sido sempre uma ilusão, segundo Sabine Hossenfelder, teórica do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt. Ela se destacou no ano passado como uma das críticas mais contundentes da física moderna com seu novo e provocador livro, “Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray”. Ela argumenta que, ao exaltar a elegância matemática, físicos têm perdido o rumo. “Eles achavam que a Mãe Natureza era elegante, simples e generosa em dar pistas; eles acreditavam poder escutar seus sussurros enquanto conversavam entre si”, escreve ela. Físicos que estudam partículas respondem que eles apenas têm seguido princípios consagrados e de sucesso comprovado. Eles perseguiram o Bóson de Higgs por meio século e quase desistiram até a natureza finalmente cuspi-lo para eles.

Enquanto isso, os cosmólogos, um grupo sabidamente rabugento, chegaram ao próprio Modelo Padrão de Partículas para o nosso universo em particular. De acordo com eles, átomos — aquilo de que você, eu e as estrelas somos feitos– representam apenas 5% do peso do cosmos. A matéria escura, da qual nada conhecemos a não ser que sua gravidade coletiva esculpe e segura as galáxias unidas, representaria 25%. Os 70% restantes seriam de energia escura, que estaria afastando tudo; outro assunto do qual não sabemos nada. Nós só tomamos conhecimento dessa “parte escura” por causa do efeito que a gravidade tem sobre o universo luminoso, o movimento das estrelas e galáxias. Ora, uma teoria que deixa 95% do universo sem identificação dificilmente é uma indicação de que a ciência encerrou seu trabalho.

Alguns astronautas acreditam que, talvez, não tenhamos compreendido a gravidade no fim das contas. “Minha preocupação é que podemos estar endeusando Einstein de forma excessiva”, confessou Stacy McGaugh, astrônomo da Universidade Case Western Reserve, ao Gizmodo em junho.

O melhor presente para os cientistas neste Natal é uma nova teoria física que possa tirá-los desse impasse dos modelos padrões e fornecer novas pistas para nossa existência. Talvez esse avanço venha de finalmente descobrir o que é a matéria escura ou do Grande Colisor de Hádrons, que continuará provocando a colisão de partículas subatômicas pelos próximos 20 anos em busca de novas forças e fenômenos. Cada colisão registrada é mais um passo em direção ao desconhecido.

Por ora, o universo pode ter 11 dimensões ou ser um sonho de alguém. A vida pode ter começado em Marte ou em uma fonte hidrotermal, ou, talvez, sejamos todos bits de uma simulação computadorizada controlada por alguém. Descobrir quem somos e como a natureza se organiza é uma das buscas fundamentais do ser humano, como a arte ou a música. E continuará sendo.

Hossenfelder, apesar de todo o ceticismo, conclui seu livro de forma esperançosa ao profetizar: “A próxima grande descoberta ocorrerá neste século, e será linda”, conclui.

“Ninguém criou o universo”: Stephen Hawking explica por que Deus não existe

Existe vida inteligente fora da Terra? É possível prever o futuro? E fazer uma viagem no tempo? Sobreviveremos no nosso planeta? Deveríamos tentar colonizar outros cantos do universo? A inteligência artificial vai nos superar? Deus existe?

“Ninguém criou o universo”: Stephen Hawking explica por que Deus não existe

“Ninguém criou o universo”: Stephen Hawking explica por que Deus não existe

Respostas para essas perguntas nada fáceis que Stephen Hawking nos oferece em “Breves Respostas Para Grandes Questões”, livro póstumo que acaba de chegar às livrarias pela Intrínseca. Hawking, que morreu no último mês de março aos 76 anos, foi um dos pesquisadores mais respeitados e conhecidos de nossa história recente. Dominando a matemática, a física e a cosmologia, preocupou-se em não deixar seu conhecimento limitado à academia e atingiu o grande público ao lançar obras como “Uma Breve História do Tempo” e “O Universo Numa Casca de Noz”.

“A maioria das pessoas acredita que ciência de verdade é difícil e complicada demais. Não concordo com isso. Pesquisar sobre as leis fundamentais que governam o universo exigiria uma disponibilidade de tempo que a maioria não tem; o mundo acabaria parando se todos tentassem estudar física teórica. Mas a maioria pode compreender e apreciar as ideias básicas, se forem apresentadas de maneira clara e sem equações, algo que acredito ser possível e que sempre gostei de fazer”, escreve o cientista.

Hawking segue essa linha de divulgação científica para leigos em “Breves Respostas Para Grandes Questões”, que reúne um material descoberto em seus arquivos logo após sua morte. Quem tem o livro em mãos só não deve achar, no entanto, que as respostas breves do autor se limitem a poucos parágrafos – estamos diante de temas que rendem pesquisas profundas, que muitas vezes chegam a conclusões ou possibilidades diferentes, vale lembrar.

Para falar a respeito da existência ou não de algum deus, por exemplo, ao longo de 12 páginas o cientista passa por questões de linguagem, pelas leis da natureza, equações científicas básicas e dá uma aula sobre energia negativa que eu não me meterei a reproduzir, tudo para embasar o parecer. Passa ainda pela história, lembrando que a ciência explicou quase todos os fenômenos anteriormente atribuídos a divindades, restando apenas o momento da criação do universo como um cantinho onde algum deus ainda poderia estar escondido.

“Ninguém criou o universo”: Stephen Hawking explica por que Deus não existe

“Ninguém criou o universo”: Stephen Hawking explica por que Deus não existe

“As leis da natureza nos dizem que não só o universo pode ter surgido sem ajuda, como um próton, e não ter exigido nada em termos de energia, como também é possível que nada tenha causado o Big Bang. Nada. […] À medida que viajamos de volta no tempo em direção ao momento do Big Bang, o universo fica cada vez menor e continua diminuindo até finalmente chegar a um ponto em que se torna um espaço tão ínfimo que na verdade se trata de um único buraco negro infinitesimalmente pequeno e denso. E, assim como acontece com os buracos negros que hoje flutuam pelo espaço, as leis da natureza ditam algo verdadeiramente extraordinário. Elas nos dizem que aí também o próprio tempo tem que parar. Não podemos voltar a um tempo anterior ao Big Bang porque não havia tempo antes do Big Bang. Finalmente encontramos algo que não possui uma causa, porque não havia tempo para permitir a existência de uma. Para mim, isso significa que não existe a possibilidade de um criador, porque ainda não existia o tempo para que nele houvesse um criador”, escreve Hawking, que depois deixa sua posição ainda mais clara:

“Quando me perguntam se um deus criou o universo, digo que a pergunta em si não faz sentido. O tempo não existia antes do Big Bang, assim não existe tempo no qual deus produziu o universo. É como perguntar onde fica a borda da Terra. A Terra é uma esfera e não tem borda; procurá-la é um exercício fútil. […] Se eu tenho fé? Cada um é livre para acreditar no que quiser. Na minha opinião, a explicação mais simples é que deus não existe. Ninguém criou o universo e ninguém governa nosso destino. Isso me levou a perceber uma implicação profunda: provavelmente não há céu nem um além-túmulo. Acho que acreditar em vida após a morte não passa de ilusão. Não existe evidência confiável disso e a ideia vai contra tudo que sabemos em ciência. Acho que, quando morremos, voltamos ao pó. Mas, em certo sentido, continuamos a viver: na influência que deixamos, nos genes que passamos adiante para nossos filhos. Temos apenas esta vida para apreciar o grande plano do universo, e sou extremamente grato por isso”.

Dentre os muitos momentos interessantes do livro, também merece destaque a resposta que Hawking dá para a pergunta “Qual é a maior ameaça ao futuro do planeta?”. Para ele, a mudança climática descontrolada deveria ser nossa principal preocupação para que o mundo não vire um forno. “Uma elevação na temperatura do oceano derreteria as calotas polares e causaria a liberação de grandes quantidades de dióxido de carbono. Ambos os efeitos poderiam deixar nosso clima como o de Vênus, mas com uma temperatura de 250ºC”. Fica mais esse alerta para quem acha que aquecimento global é uma mentira – ou que é mera vontade de deus.

rotor artificial mais rápido do mundo

Pesquisadores criaram o rotor artificial mais rápido do mundo, que acreditam que os ajudará a estudar mecânica quântica.

 rotor artificial mais rápido do mundo

rotor artificial mais rápido do mundo

Com mais de 60 bilhões de rotações por minuto, esta máquina é mais de 100.000 vezes mais rápida que uma furadeira de alta velocidade. Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters.

“Este estudo tem muitas aplicações, incluindo a ciência dos materiais. Nós podemos estudar as diferentes condições em que os materiais conseguem existir”, afirmou Tongcang Li, professor assistente da Universidade Purdue.

A equipe de Li sintetizou um minúsculo haltere de sílica e o levitou em alto vácuo usando um laser. O laser pode trabalhar em linha reta ou em um círculo – quando é linear, o haltere vibra e, quando é circular, o haltere gira.

Um haltere que gira funciona como um rotor, enquanto um haltere que vibra funciona como um instrumento para medir pequenas forças e torques.Esses dispositivos foram utilizados para estudar a constante gravitacional e a densidade da Terra, mas Li espera que elas se tornem mais avançadas e que permitam o estudo da mecânica quântica e das propriedades do vácuo.

“As pessoas dizem que não há nada no vácuo, mas na física, sabemos que o vácuo não é realmente vazio”, disse Li. “Há muitas partículas virtuais que podem sobrevivem por um curto período de tempo e depois desaparecer. Queremos saber o que realmente acontece ali, e é por isso que queremos um medidor de equilíbrio de torque mais sensível possível”, explica o pesquisador.

Ao observar este minúsculo spin do haltere mais rápido do que qualquer outra coisa, a equipe de Li também pode aprender coisas sobre o atrito e a gravidade no vácuo. Entender esses mecanismos é uma meta essencial para a geração moderna da física, disse Li.

Os pesquisadores de Purdue, da Universidade de Pequim, da Universidade de Tsinghua e do Centro de Inovação Colaborativa da Quantum Matter, em Pequim, também contribuíram para esse trabalho. O primeiro autor deste trabalho é Jonghoon Ahn, um estudante de pós-graduação do grupo de pesquisa de Li. A pesquisa de Li foi financiada pela National Science Foundation e pelo Office of Naval Research.

Artigo cientifico publicado na revista Physical Review Letters:

https://goo.gl/6hgVAa

Fonte: https://goo.gl/5jcfaE

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos

Caçadores da “partícula fantasma”

Por ser tão leve, neutro e pequeno, o neutrino, uma das mais abundantes partículas do Universo, atravessa tudo a todo momento sem ser notado. E aí estava um grande desafio da ciência. Para detectar um neutrino que chegou na Terra vindo de uma galáxia distante, foi necessário construir um experimento espantoso. Os cientistas instalaram 5.160 sensores do tamanho de holofotes de navio em um cubo de gelo de um quilômetro cúbico, enterrado a um quilômetro e meio de profundidade no coração da Antártida.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Em 2013, um neutrino vindo de uma distante galáxia foi detectado no grande cubo de gelo. A caçada de partículas de mais de um século começava a chegar ao fim, explicou o físico americano Francis Halzen, líder das pesquisas no IceCube. Ele esteve em São Paulo em outubro, quando foi apresentado como integrante do Comitê Internacional do Instituto Principia — um centro brasileiro recém-inaugurado de produção e difusão científica.

A busca pela origem dos raios cósmicos

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

A história dessa caçada remonta a uma experiência um tanto divertida, realizada em 1912. Os cientistas não sabiam o que fazia com que certos materiais na Terra ganhassem ou perdessem elétrons –a chamada ionização. E ficavam surpresos ao perceberem que o fenômeno ganhava intensidade diferente em locais altos, como no topo da torre Eiffel.

Para desvendar o mistério, o físico austríaco Victor Hess subiu aos céus em um balão levando sensores de radiação. Quanto mais subia, mais forte ficava a radiação captada. A conclusão de Hess foi que existiam partículas ionizantes vindo do espaço. Ele as batizou de raios cósmicos. “Os cientistas têm procurado de onde essas partículas partem há mais de um século”, conta Francis Halzen.

Que tiro foi esse?

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Os raios cósmicos são as partículas com as mais altas energias já observadas pelos cientistas. Grande parte é gerada em explosões de estrelas na Via Láctea. Mas aqueles com energias mais altas só podem ser produzidos em eventos cataclísmicos fora da Via Láctea, como explosões de supernovas e choques de galáxias.

Uma chuva de raios cósmicos, composta por prótons, elétrons, neutrinos, raios gama e outras partículas, cai constantemente sobre a Terra, mas nenhum cientista fazia ideia ao certo de onde vinham e o que os disparavam. “A forma que temos para conhecer o Universo é detectando a radiação que chega até nós”, explica Halzen. Os telescópios permitem observar as ondas eletromagnéticas que alcançam a Terra de diferentes formas — em luz visível, infravermelho, raios-x, ondas de rádio, etc.

“Mas os raios cósmicos que nos atingem chegam na forma de partículas”, completa o físico americano.

Entram aí algumas dificuldades: primeiro, qual instrumento utilizar para visualizar esses raios, uma vez que os telescópios não os captam. Outro problema é qual partícula observar. Prótons e elétrons são desviados de um lado para o outro, o que dificulta rastrear a origem.

Para encontrar a fonte dos raios cósmicos, portanto, seria necessário achar algo que viajasse até a Terra em linha reta. O pequeníssimo e invisível neutrino, quem diria, era a solução.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

 

Caçadores da “partícula fantasma”

Caçadores da "partícula fantasma"

Caçadores da “partícula fantasma”

O apelido “partícula fantasma” não é exagero. Neutrinos são levíssimos — algumas centenas de vezes mais leves que o elétron –, não têm carga elétrica e quase não possuem massa. De tão pequenos, atravessam astros e campos magnéticos sem se desviar, interagindo muito debilmente com a matéria. Bilhões dessas “partículas fantasmas” perpassam cada centímetro quadrado da Terra (e de nossos corpos) a cada segundo, vindas do espaço.

Os neutrinos existem em abundância no Universo conhecido, perdendo em número apenas para o fóton, a partícula de luz. Além de comporem os raios cósmicos, também são produzidos no Sol e surgem em reatores nucleares e aceleradores de partículas na Terra. A diferença é que os neutrinos dos raios cósmicos possuem energias altíssimas.

“A busca [por neutrinos] passou a fazer parte de uma das maiores questões da física e da astronomia: qual é a origem dos raios cósmicos?”, disse Halzen. Como viajam de suas fontes sem serem bloqueados e sem desvios, eram a pista certeira que os cientistas queriam. Mas como observar uma partícula praticamente invisível?

Diferentes experimentos já foram realizados para tentar flagrar neutrinos. Um deles, o Super-Kamiokande, construído no Japão em 1983, consiste numa piscina cilíndrica com 50 mil toneladas de água rodeada por 11.200 sensores de luz. Outro experimento feito na década de 1990 demonstrou que o gelo extremamente claro da Antártida podia interagir com neutrinos.

Essas armadilhas de neutrinos precisam ser grandes o suficiente para aumentar a probabilidade de captura de uma entre bilhões de “partículas fantasmas”. O neutrino não é observado diretamente, mas a partir de partículas secundárias eletricamente carregadas que são produzidas quando ele atravessa a água ou o gelo. “O IceCube foi construído para fazer exatamente isso”, conta Halzen.

A armadilha na Antártida

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Caçadores da “partícula fantasma”

Não foi fácil construir a engenhoca. O frio do polo Sul proíbe trabalhar no inverno, quando as temperaturas chegam a -80°C. Assim, foram necessários sete verões, entre 2004 e 2010, para perfurar e instrumentalizar 86 poços que chegavam a 2.450 metros de profundidade — ponto em que ficam os sensores que estão no pé do grande cubo de gelo.

Para ganhar tempo e aproveitar bem a luz do Sol que nunca se põe nessa época, os mais de 300 engenheiros, técnicos e cientistas se revezavam ao longo de 24 horas, todos os dias. Os sensores precisavam ser instalados rapidamente nos buracos de gelo derretido, antes que a água voltasse a congelar.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

A construção do IceCube contou com a colaboração de mais de 40 instituições de pesquisa de todo o mundo e o investimento de 279 milhões de dólares (cerca de R$ 1 bilhão), a maior parte feita pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA. Após 2,1 milhões de quilos de carga levadas para a Antártida, as obras do Ice Cube chegaram ao fim, “concluídas no prazo, dentro do orçamento e excedendo significativamente as especificações de desempenho”, como diz relatório do observatório.

Era importante saber exatamente o que havia no gelo. Qualquer interferência no momento da detecção de um neutrino precisaria ser compreendida. Halzen explica que supercomputadores radiografaram e mapearam cada grão de poeira ali congelado. Calibrada a armadilha, bastava esperar a presa aparecer.

A montagem no IceCube

Laboratório custou 279 milhões de dólares (R$ 1 bilhão) e foi finalizado sem atrasos

Flagra e delação

Flagra e delação.

Flagra e delação.

Em 2013, os caçadores de neutrinos liderados por Halzen observaram uma extraordinária luminosidade azul dentro do cubo gelado. Tratava-se do efeito chamado Cherenkov, que ocorre quando uma partícula carregada eletricamente atravessa um meio como o gelo em velocidade superior à da luz nesse meio (no gelo, a luz pode se deslocar em velocidade mais baixa e inferior a de outros elementos).

Essa radiação eletromagnética era fruto de múons produzidos pela interação entre o gelo e uma outra partícula que havia adentrado o cubo. Eureca! Um neutrino de alta energia passava por ali. Com cerca de 300 teraelétrons-volts (TeV), quase 50 vezes a energia de partículas aceleradas no LHC (o maior acelerador de partículas do mundo), era certo que vinha de fora da Via Láctea.

Os sensores do IceCube registraram todos os dados das ondas de luz geradas. E os computadores do laboratório traçaram as coordenadas da trajetória da “partícula fantasma” dentro do cubo. O que o neutrino acabara de contar aos cientistas era a direção exata de sua trajetória de bilhões de anos-luz até a Terra. Mas nada mais do que isso. “Você vê os neutrinos cósmicos vindo do céu, mas ainda não sabe de onde estão vindo”, conta Halzen sobre a alegria misturada com frustração do momento da descoberta.

Como desvendar o mistério? Os cientistas sabem que o neutrino viaja praticamente na velocidade da luz. E se, com a direção do neutrino em mãos, eles olhassem para o céu e tentassem localizar alguma luz no ponto de onde ele veio? É elementar, diria um Sherlock Holmes da ciência.

Nasa

Operação mundial e fim do mistério

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Operação mundial e fim do mistério…

Existem diversos telescópios e detectores de ondas eletromagnéticas espalhados pela Terra e em órbita no espaço. Em 22 de setembro de 2017, no exato momento em que detectou um novo neutrino de alta energia, o IceCube emitiu um alerta para a comunidade astronômica internacional. Mais de 20 observatórios voltaram imediatamente suas lentes e sensores para o céu na direção que o neutrino do IceCube apontava.

A ideia era encontrar qualquer sinal que estivesse partindo daquela fonte. As observações começaram a ser feitas simultaneamente por times que totalizavam mais de mil cientistas de diferentes países. Até que um primeiro sinal foi identificado pelo telescópio espacial Fermi, da Nasa: um forte clarão em forma de raios gama, ao lado do ombro esquerdo da constelação Orion no céu noturno.

Tratava-se do blazar TXS 0506+056, localizada a 4 bilhões de anos-luz da Terra. Esse objeto celestial concentra grande quantidade de energia e está associado a um buraco negro. O Fermi sabia de sua existência há 10 anos, mas nunca tinha visto um brilho tão intenso vindo de sua direção. Depois do Fermi, o observatório Magic, situado nas Ilhas Canárias, também detectou o blazar. E outros observatórios viram o clarão. Bingo, era aquela a fonte.

Para Halzen, a operação conjunta marcou o início de uma nova era na astronomia. “A capacidade de fazer com que telescópios espalhados pelo globo realizem uma descoberta em cooperação com um detector de neutrinos é um marco do que os cientistas estão chamando de astronomia de múltiplas mensagens”, diz o cientista.

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Operação mundial e fim do mistério…

Hoje, diversos neutrinos são detectados no Ice Cube a todo momento, e o laboratório tornou-se um importante centro de estudos de ponta. Ali são feitas pesquisas em astrofísica, glaciologia, tomografia da Terra, física quântica e partículas exóticas, dentre outras áreas. Há a expectativa de que descobertas sobre a matéria escura possam vir de lá.

Quanto aos raios cósmicos e os neutrinos, Halzen ressalta que eles continuam atingindo a Terra a todo instante, sem que saibamos de onde partem todas as gotas dessas tempestades. O que há de surpreendente então na saga da caçada de neutrinos?

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

A surpresa é que nós conseguimos solucionar o problema de mais de um século, e de uma maneira totalmente inesperada. Nós sabemos agora qual é uma das fontes dos raios cósmicos

Francis Halzen, cientista líder do IceCube

Como cientistas criaram armadilha de gelo na Antártida para descobrir uma fonte de raios cósmicos.

Francis Halzen, cientista líder do IceCube.

Conheça Sirius o maior acelerador de partículas do Brasil

Poucas pessoas que observam a estrutura gigante erguida em uma área rural de Campinas, a 93 km de São Paulo, fazem ideia do que se trata. A construção circular e envidraçada lembra um shopping center ou as novas arenas de futebol brasileiras. Nem mesmo alguns funcionários do local sabem explicar o que é o Projeto Sirius, obra do governo federal estimada em R$ 1,8 bilhão.

“Até já me falaram, mas eu não sei te dizer. É melhor você perguntar para um cientista”, disse um operador de empilhadeira à reportagem da BBC News Brasil.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

O Sirius, construído e mantido pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), será a maior e mais avançada fonte de luz síncrotron, um tipo de radiação eletromagnética de alto fluxo e alto brilho produzida quando partículas carregadas, aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz, têm sua trajetória desviada por campos magnéticos.

Mas por que isso é tão importante e custa tão caro? De maneira simplificada, o Sirius, único no mundo, é um ultra-aparelho de radiografia que será capaz de analisar de forma detalhada a estrutura e o funcionamento de estruturas micro e nanoscópias, como nanopartículas, átomos, moléculas e vírus.

É como se os pesquisadores pudessem tirar um raio-x em três dimensões, e em movimento, de materiais e partículas extremamente pequenas e densas, como pedaços de aço e rocha, e até de neurônios. O aparelho será capaz de analisar os detalhes e funcionamento dos materiais de forma inédita.

Isso pode levar, por exemplo, à criação de uma bateria para celular que, quando carregada apenas uma vez, dure cinco anos.

Será possível desenvolver também plantas que necessitem de menos água para crescer e novos remédios para tratar doenças crônicas.

Tudo graças a um brilho superpotente produzido pela circulação de elétrons na velocidade da luz (cerca de 300 mil km/s). Isso possibilita que pesquisadores estudem até mesmo neurônios de seres vivos de maneira inédita, sem precisar “fatiá-los”, como é feito hoje. Por isso, o aparelho é tido como a grande aposta científica brasileira para as próximas décadas.

Liu Lin (à esq.) com a mãe e o irmão mais novo quando deixaram a China para morar no Brasil

Liu Lin (à esq.) com a mãe e o irmão mais novo quando deixaram a China para morar no Brasil

Hoje, o Brasil tem um acelerador de partículas chamado UVX que, segundo cientistas, já está defasado. O UVX também fica no CNPEM, no terreno ao lado do Sirius. A inovação no novo acelerador será expressiva: um processo que hoje demora horas para ser feito no UVX, por exemplo, será feito em poucos segundos no Sirius.

Para a construção bem-sucedida do Sirius, dezenas de cientistas e engenheiros estão há décadas dedicados ao desenvolvimento de fontes de luz do tipo síncrotron, que têm dimensões colossais, mas exigem uma precisão milimétrica.

Um deles é a chinesa Liu Lin, de 54 anos, que nasceu em Hong Kong e veio para o Brasil aos 2 anos de idade. Como cientista, ela se dedica há 33 anos ao desenvolvimento dos aceleradores de partículas brasileiros.

“Eu comecei nesse projeto antes mesmo de ele ser criado. O Brasil queria construir um síncrotron e eu viajei com a primeira equipe formada por quatro brasileiros em 1985 para Stanford, nos EUA (para estudar o acelerador americano)”, conta à BBC News Brasil.

No ano seguinte, os cientistas começaram a projetar o primeiro acelerador brasileiro em uma sala na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Depois, ele foi transferido para uma casa e passou para um galpão, onde começaram a ser construídos os componentes do acelerador do UVX, do tamanho de um ginásio esportivo, onde atualmente trabalham centenas de pessoas, entre cientistas, engenheiros, técnicos e funcionários administrativos.

Liu Lin ao lado de outros cientistas brasileiros durante visita a acelerador de partículas nos EUA

Liu Lin ao lado de outros cientistas brasileiros durante visita a acelerador de partículas nos EUA

Lin tinha 22 anos e era a única mulher na equipe que foi aos Estados Unidos em 1985.

“A gente ficou três meses lá, aprendemos bastante e, quando a gente voltou, o projeto ficou indefinido. Não sabíamos se teria mesmo”. A pesquisadora terminou o mestrado, ganhou um bolsa para fazer doutorado nos EUA e já estava com passagem comprada quando foi anunciada a decisão de que fariam um acelerador em Campinas.

“Eu fiquei num dilema. Acabei optando por ficar no projeto e fiz meu doutorado na USP”, lembra.

A família dela não concordou com a decisão e achou que ela deveria ter ido estudar no exterior. Lin diz que não se arrepende.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

“Eu acho que tomei a decisão correta. Aqui, a gente aprendeu muito fazendo. Foi diferente de uma carreira acadêmica normal”, diz ela, que hoje é a líder do Grupo de Física de Aceleradores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), um dos quatro laboratórios nacionais do CNPEM.

O UVX, atual acelerador de partículas em funcionamento no Brasil, já está defasado e é classificado como um aparelho de segunda geração. O Sirius será o segundo do mundo de 4ª geração, mas será o mais moderno por diversos fatores, principalmente por emitir luz com o brilho mais intenso e capacidade superior de análise.

Sirius é capaz de fazer uma radiografia detalhada de estruturas micro e nanoscópias, como nanopartículas, átomos, moléculas e vírus

Sirius é capaz de fazer uma radiografia detalhada de estruturas micro e nanoscópias, como nanopartículas, átomos, moléculas e vírus

Bolsista e filho de caminhoneiro

Além de Liu Lin, o Projeto Sirius envolve outras dezenas de físicos e engenheiros de diversas áreas. Tamanho esforço é feito para que os cientistas e pesquisadores possam trabalhar sem problemas nas saídas das linhas de luz.

Narcizo Neto estudou parte de sua vida em escolas públicas em Campina Grande

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Um deles é o paraibano Narcizo Marques de Souza Neto, de 40 anos, que trabalha com experimentos de raio-x em condições extremas de pressão e temperatura. Nascido na cidade de Malta, de 5 mil habitantes, ele conheceu o CNPEM em 2001, quando foi selecionado para um programa de bolsa de verão e viajou de avião pela primeira vez.

Depois de conhecer Campinas, ele fez mestrado e doutorado na Unicamp e pós-doutorado em Chicago, nos EUA, onde morou durante três anos. Lá, ele desenvolvia uma técnica para testar materiais sob alta pressão, quando recebeu uma proposta para trabalhar como pesquisador na fonte de luz síncrotron americana.

Narcizo Neto (à dir.) fez parte da primeira turma de física da Universidade Federal de Campina Grande, na Paraíba

Narcizo Neto (à dir.) fez parte da primeira turma de física da Universidade Federal de Campina Grande, na Paraíba

Mesmo com um salário maior nos EUA, ele preferiu voltar para o Brasil para colaborar na formação de cientistas do país e fugir do frio. A construção do Sirius também foi um fator decisivo na sua escolha, já que ele poderá fazer seus estudos no melhor aparelho do mundo, de acordo com o que dizem os cientistas.

Uma das possíveis aplicações das pesquisas de Neto no Sirius é no desenvolvimento de trens de alta velocidade. Outra possibilidade seria desenvolver baterias e dispositivos eletrônicos com baixíssimo consumo de energia. “Você pode pensar que, daqui 50 anos, por exemplo, você teria um celular cuja bateria carregada apenas uma vez durasse dez anos”, afirma.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Narcizo foi o primeiro pesquisador da América Latina a ganhar o prêmio Dale Sayers Award, da Sociedade Internacional de Absorção de Raios-x

Hoje, ele já faz seus estudos no UVX, mas diz que suas condições de trabalho vão melhorar significativamente quando o Sirius estiver pronto. A intensidade de luz que ele usa vai aumentar em mais de mil vezes e com um feixe de luz mil vezes menor, o que possibilita um sinal com baixíssimo ruído e um estudo mais preciso.

No novo acelerador de partículas, o pesquisador paraibano ainda poderá testar materiais sob uma pressão semelhante à encontrada no núcleo de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar.

“O Sirius será o primeiro laboratório no mundo a atingir essas condições. Em alguns lugares do mundo, já é possível chegar à (pressão) do centro da Terra, mas a de Júpiter é pelo menos cinco vezes maior”, explica.

Em 2015, Neto foi o primeiro pesquisador da América Latina a ganhar o Dale Sayers Award da Sociedade Internacional de Absorção de Raios X (IXAS, por sua sigla em inglês). Esse é considerado um dos mais importantes prêmios na área de espectroscopia por absorção de raios-x (XAS).

De acordo com a instituição, ele foi premiado devido a suas “contribuições para o desenvolvimento de XAS para estudos de matéria sob condições extremas”.

Fabricava os próprios brinquedos

Mas suas condições de estudo nem sempre foram boas. Na infância, o físico estudou em escola pública durante alguns anos e tinha poucos brinquedos para se divertir em casa. O mais importante, lembra ele, era ter uma imaginação fértil.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

“Eu inventava brinquedos. Usava pedaços de madeira para construir um carrinho, juntava um monte e imaginava que era um volante, uma marcha. Eu poderia ficar num canto brincando com pedras e madeiras e imaginar que era um brinquedo”, conta Neto.

Estudar nem sempre foi fácil para Neto. Filho de um caminhoneiro e uma dona de casa, seus pais passaram por “sérias dificuldades” para pagar as mensalidades de sua escola e as cartas de cobrança do colégio chegavam com frequência à sua casa. Mesmo quando chegou à universidade, não sonhava em trabalhar num laboratório tão importante.

“Meu sonho era ser professor na Universidade Federal de Campina Grande. Hoje, mesmo distante, eu consigo colaborar com o pessoal de lá. Neste ano, um mestre se formou com a minha orientação, por exemplo”, conta ele à BBC News Brasil.

O pesquisador ainda se orgulha ao falar que não se arrepende de ter voltado ao Brasil e que hoje seus amigos pesquisadores americanos tratam o Sirius como uma referência a ser estudada e alcançada.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Pesquisador recusou proposta para trabalhar no acelerador de partículas em Michigan para voltar ao Brasil

A mãe de Neto morreu, mas ele diz que seu pai está muito orgulhoso de sua profissão. “Com 82 anos, ele viajou pela primeira vez de avião para visitar o neto aqui (em Campinas). Tudo o que ele queria em relação à educação funcionou e deu frutos.”

Como funciona o Sirius?

Localizado em um terreno de 150 mil m² – o equivalente a sete campos de futebol – o túnel principal por onde os elétrons circulam tem 518 metros.

A circulação constante das micropartículas é importante para gerar o feixe de luz síncrotron

24 horas por dia. Seu piso é feito de uma camada de 90 centímetros de concreto armado em cima de uma camada de quatro metros de terra compactada com cimento, e sob 13 estacas fincadas a 13 metros de profundidade no solo.

A área ainda é isolada do prédio principal por um vão para evitar vibrações externas.As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

A reportagem da BBC News Brasil visitou as instalações do Sirius, inclusive a área onde os elétrons vão circular em alta velocidade.

Um desnível de 0,5 centímetro nos mais de 500 metros de túnel pode desregular toda a circulação dos elétrons e interromper o funcionamento do Sirius, previsto para operar 24 horas. As paredes do túnel têm uma espessura entre 80 centímetros e 1,2 metro para impedir a propagação da radiação emitida durante a circulação dos elétrons.

Mas todo o processo começa numa sala ao lado desse corredor de concreto e encanamentos. Uma máquina gera os elétrons, que são acelerados por um conjunto de equipamentos até ele ser transferido para um segundo acelerador.

Primeira sala onde os elétrons são acelerados antes de serem guiados para o acelerador principal do Sirius.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

A ideia é “arrumar” os elétrons antes de eles serem desviados para o acelerador principal, onde são guiados por forças magnéticas geradas por centenas de ímãs que os fazem atingir a energia final de operação.

Ao longo desses 518 metros, os ímãs de alta precisão são posicionados de maneira a pressionar os elétrons para que eles fiquem cada vez mais concentrados.

Isso faz com que o feixe de luz que sai do acelerador de partículas, chamado de luz síncrotron, seja extremamente fino. Um fio de cabelo é 30 vezes mais espesso.

Primeira sala onde os elétrons são acelerados antes de serem guiados para o acelerador principal do Sirius

Máquina responsável por gerar elétrons, que são acelerados até atingirem a velocidade da luz e formar a luz síncrotron.

Esse processo, aliado à circulação de elétrons a quase 300 mil km/s, gera uma luz tão potente que é capaz de fazer uma radiografia detalhada até mesmo de um pedaço de rocha. Mas a precisão exigida na região do túnel é tão rígida que a temperatura do local não pode variar mais de 0,1ºC para mais ou menos.

Quando fica pronto?

A conclusão da montagem dos aceleradores do Sirius está prevista para o final de 2018 e o início da operação, para 2019. Já a conclusão do projeto, incluindo 13 estações de pesquisa, é previsto para 2020.

Sua estrutura, porém, tem capacidade para abrigar até 40 saídas de linhas de luz. Cada uma delas com um feixe de radiação eletromagnética específico, como raio-x e ultravioleta. Cada um possibilita o desenvolvimento de estudos em diferentes condições.

O Sirius foi erguido com apenas 15% de peças e mão-de-obra trazidos de outros países. Algumas empresas brasileiras inclusive investiram em pesquisa para produzir alguns componentes. Os ímãs, por exemplo, foram desenvolvidos e construídos pela empresa WEG, de Santa Catarina, especificamente para o Sirius.

Outras 280 empresas nacionais estão envolvidas no fornecimento de peças e componentes.

Qual a importância do Sirius para o Brasil?

Com a inauguração do Sirius, o Brasil terá uma das mais avançadas ferramentas de pesquisa do mundo, segundo cientistas. Isso possibilitará que os pesquisadores do país possam desenvolver estudos com tecnologia inédita em diversas áreas, como saúde, energia, tecnologia, agricultura e meio ambiente.

Projeto Sirius possibilitará que cientistas desenvolvam estudos com tecnologia inédita em diversas áreas, como saúde, energia, tecnologia, agricultura e meio ambiente

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Na saúde, poderão ser estudados vírus e bactérias para a descoberta de substâncias com potencial para dar origem a novos medicamentos e tratamentos. O diretor-geral do CNPEM e diretor do Projeto Sirius, Antônio José Roque da Silva, explica que o cérebro poderá ser analisado de acordo com os estímulos que recebe ou doenças que possui.

“(Será possível) entender doenças degenerativas ou problemas ligados ao cérebro. Para isso, eu preciso entender desde a escala de comunicação entre os neurônios, onde eles trocam os neurotransmissores, até chegar à organização espacial deles, como eles estão arrumados no cérebro e ver a diferença de um cérebro normal para um com doença”, afirma Silva.

Diretor do Sirius diz que fonte de luz síncrotron foi projetada para ser uma ferramenta na fronteira do conhecimento

No setor alimentício, poderão ser pesquisados alimentos e suas propriedades, visando o melhoramento, além do estudo de sementes e outras estruturas vegetais. Isso pode resultar no desenvolvimento de espécies mais resistentes à falta d’água e ataques de pragas.

Tudo isso por causa da qualidade e da potência do brilho da luz que sai nas estações. A física Liu Lin diz que é como se você conseguisse enxergar as micropartículas em sua constituição mais básica.

“É como se você passasse da TV antiga de tubo para uma ultra HD 4K. Fora que a luz produzida lá vai ter um grau de coerência maior. É como se você comparasse usar uma lanterna a um laser. É uma luz muito mais concentrada que faz toda a diferença”, afirma Lin.

Uma ferramenta tão moderna deve atrair pesquisadores estrangeiros para o Brasil. Como o Sirius é financiado por recursos públicos, qualquer cientista pode apresentar um projeto de pesquisa e, se aprovado, usar o acelerador de partículas brasileiro.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Área do Sirius onde as linhas de luz síncrotron sairão e serão construídas as estações de pesquisa

O diretor do Sirius diz que ele foi projetado para ser uma ferramenta na fronteira do conhecimento. Nas palavras dele, com o “que há de mais moderno do mundo, com tecnologia brasileira, feito por pesquisadores brasileiros, ajudando a sociedade brasileira a resolver suas questões de futuro”.

“Em pesquisa, é como se você estivesse andando por uma região com vales e morros. Dependendo do tipo de pergunta que você encontra, é como se você estivesse numa área com uma rugosidade pequena e conseguisse passar por ela a pé ou com um carro pequeno. Mas tem horas que eu vou me deparar com um grande vale. Nesse momento, ou eu tenho uma ponte para cruzá-lo, ou fico parado. O Sirius será essa grande ponte dos pesquisadores brasileiros”, explica o diretor do projeto.

https://www.bbc.com/portuguese/brasil-45335690

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Poucas pessoas que observam a estrutura gigante erguida em uma área rural de Campinas, a 93 km de São Paulo, fazem ideia do que se trata. A construção circular e envidraçada lembra um shopping center ou as novas arenas de futebol brasileiras. Nem mesmo alguns funcionários do local sabem explicar o que é o Projeto Sirius, obra do governo federal estimada em R$ 1,8 bilhão.

“Até já me falaram, mas eu não sei te dizer. É melhor você perguntar para um cientista”, disse um operador de empilhadeira à reportagem da BBC News Brasil.

O Sirius, construído e mantido pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), será a maior e mais avançada fonte de luz síncrotron, um tipo de radiação eletromagnética de alto fluxo e alto brilho produzida quando partículas carregadas, aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz, têm sua trajetória desviada por campos magnéticos.

Mas por que isso é tão importante e custa tão caro? De maneira simplificada, o Sirius, único no mundo, é um ultra-aparelho de radiografia que será capaz de analisar de forma detalhada a estrutura e o funcionamento de estruturas micro e nanoscópias, como nanopartículas, átomos, moléculas e vírus.

É como se os pesquisadores pudessem tirar um raio-x em três dimensões, e em movimento, de materiais e partículas extremamente pequenas e densas, como pedaços de aço e rocha, e até de neurônios. O aparelho será capaz de analisar os detalhes e funcionamento dos materiais de forma inédita.

Isso pode levar, por exemplo, à criação de uma bateria para celular que, quando carregada apenas uma vez, dure cinco anos.

Será possível desenvolver também plantas que necessitem de menos água para crescer e novos remédios para tratar doenças crônicas.

Tudo graças a um brilho superpotente produzido pela circulação de elétrons na velocidade da luz (cerca de 300 mil km/s). Isso possibilita que pesquisadores estudem até mesmo neurônios de seres vivos de maneira inédita, sem precisar “fatiá-los”, como é feito hoje. Por isso, o aparelho é tido como a grande aposta científica brasileira para as próximas décadas.

Novo acelerador de elétrons é a maior e mais complexa estrutura de pesquisa do País e será colocada à disposição de pesquisadores do Brasil e do exterior

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

Hoje, o Brasil tem um acelerador de partículas chamado UVX que, segundo cientistas, já está defasado. O UVX também fica no CNPEM, no terreno ao lado do Sirius. A inovação no novo acelerador será expressiva: um processo que hoje demora horas para ser feito no UVX, por exemplo, será feito em poucos segundos no Sirius.

Para a construção bem-sucedida do Sirius, dezenas de cientistas e engenheiros estão há décadas dedicados ao desenvolvimento de fontes de luz do tipo síncrotron, que têm dimensões colossais, mas exigem uma precisão milimétrica.

Um deles é a chinesa Liu Lin, de 54 anos, que nasceu em Hong Kong e veio para o Brasil aos 2 anos de idade. Como cientista, ela se dedica há 33 anos ao desenvolvimento dos aceleradores de partículas brasileiros.

“Eu comecei nesse projeto antes mesmo de ele ser criado. O Brasil queria construir um síncrotron e eu viajei com a primeira equipe formada por quatro brasileiros em 1985 para Stanford, nos EUA (para estudar o acelerador americano)”, conta à BBC News Brasil.

No ano seguinte, os cientistas começaram a projetar o primeiro acelerador brasileiro em uma sala na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Depois, ele foi transferido para uma casa e passou para um galpão, onde começaram a ser construídos os componentes do acelerador do UVX, do tamanho de um ginásio esportivo, onde atualmente trabalham centenas de pessoas, entre cientistas, engenheiros, técnicos e funcionários administrativos.

Lin tinha 22 anos e era a única mulher na equipe que foi aos Estados Unidos em 1985.

“A gente ficou três meses lá, aprendemos bastante e, quando a gente voltou, o projeto ficou indefinido. Não sabíamos se teria mesmo”. A pesquisadora terminou o mestrado, ganhou um bolsa para fazer doutorado nos EUA e já estava com passagem comprada quando foi anunciada a decisão de que fariam um acelerador em Campinas.

“Eu fiquei num dilema. Acabei optando por ficar no projeto e fiz meu doutorado na USP”, lembra.

A família dela não concordou com a decisão e achou que ela deveria ter ido estudar no exterior. Lin diz que não se arrepende.

“Eu acho que tomei a decisão correta. Aqui, a gente aprendeu muito fazendo. Foi diferente de uma carreira acadêmica normal”, diz ela, que hoje é a líder do Grupo de Física de Aceleradores do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), um dos quatro laboratórios nacionais do CNPEM.

O UVX, atual acelerador de partículas em funcionamento no Brasil, já está defasado e é classificado como um aparelho de segunda geração. O Sirius será o segundo do mundo de 4ª geração, mas será o mais moderno por diversos fatores, principalmente por emitir luz com o brilho mais intenso e capacidade superior de análise.

Bolsista e filho de caminhoneiro

Além de Liu Lin, o Projeto Sirius envolve outras dezenas de físicos e engenheiros de diversas áreas. Tamanho esforço é feito para que os cientistas e pesquisadores possam trabalhar sem problemas nas saídas das linhas de luz.

Um deles é o paraibano Narcizo Marques de Souza Neto, de 40 anos, que trabalha com experimentos de raio-x em condições extremas de pressão e temperatura. Nascido na cidade de Malta, de 5 mil habitantes, ele conheceu o CNPEM em 2001, quando foi selecionado para um programa de bolsa de verão e viajou de avião pela primeira vez.

Depois de conhecer Campinas, ele fez mestrado e doutorado na Unicamp e pós-doutorado em Chicago, nos EUA, onde morou durante três anos. Lá, ele desenvolvia uma técnica para testar materiais sob alta pressão, quando recebeu uma proposta para trabalhar como pesquisador na fonte de luz síncrotron americana.

Mesmo com um salário maior nos EUA, ele preferiu voltar para o Brasil para colaborar na formação de cientistas do país e fugir do frio. A construção do Sirius também foi um fator decisivo na sua escolha, já que ele poderá fazer seus estudos no melhor aparelho do mundo, de acordo com o que dizem os cientistas.

Uma das possíveis aplicações das pesquisas de Neto no Sirius é no desenvolvimento de trens de alta velocidade. Outra possibilidade seria desenvolver baterias e dispositivos eletrônicos com baixíssimo consumo de energia. “Você pode pensar que, daqui 50 anos, por exemplo, você teria um celular cuja bateria carregada apenas uma vez durasse dez anos”, afirma.

Hoje, ele já faz seus estudos no UVX, mas diz que suas condições de trabalho vão melhorar significativamente quando o Sirius estiver pronto. A intensidade de luz que ele usa vai aumentar em mais de mil vezes e com um feixe de luz mil vezes menor, o que possibilita um sinal com baixíssimo ruído e um estudo mais preciso.

No novo acelerador de partículas, o pesquisador paraibano ainda poderá testar materiais sob uma pressão semelhante à encontrada no núcleo de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar.

“O Sirius será o primeiro laboratório no mundo a atingir essas condições. Em alguns lugares do mundo, já é possível chegar à (pressão) do centro da Terra, mas a de Júpiter é pelo menos cinco vezes maior”, explica.

Em 2015, Neto foi o primeiro pesquisador da América Latina a ganhar o Dale Sayers Award da Sociedade Internacional de Absorção de Raios X (IXAS, por sua sigla em inglês). Esse é considerado um dos mais importantes prêmios na área de espectroscopia por absorção de raios-x (XAS).

De acordo com a instituição, ele foi premiado devido a suas “contribuições para o desenvolvimento de XAS para estudos de matéria sob condições extremas”.

Primeira sala onde os elétrons são acelerados antes de serem guiados para o acelerador principal do Sirius.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

Fabricava os próprios brinquedos

Mas suas condições de estudo nem sempre foram boas. Na infância, o físico estudou em escola pública durante alguns anos e tinha poucos brinquedos para se divertir em casa. O mais importante, lembra ele, era ter uma imaginação fértil.

“Eu inventava brinquedos. Usava pedaços de madeira para construir um carrinho, juntava um monte e imaginava que era um volante, uma marcha. Eu poderia ficar num canto brincando com pedras e madeiras e imaginar que era um brinquedo”, conta Neto.

Estudar nem sempre foi fácil para Neto. Filho de um caminhoneiro e uma dona de casa, seus pais passaram por “sérias dificuldades” para pagar as mensalidades de sua escola e as cartas de cobrança do colégio chegavam com frequência à sua casa. Mesmo quando chegou à universidade, não sonhava em trabalhar num laboratório tão importante.

“Meu sonho era ser professor na Universidade Federal de Campina Grande. Hoje, mesmo distante, eu consigo colaborar com o pessoal de lá. Neste ano, um mestre se formou com a minha orientação, por exemplo”, conta ele à BBC News Brasil.

O pesquisador ainda se orgulha ao falar que não se arrepende de ter voltado ao Brasil e que hoje seus amigos pesquisadores americanos tratam o Sirius como uma referência a ser estudada e alcançada.

A mãe de Neto morreu, mas ele diz que seu pai está muito orgulhoso de sua profissão. “Com 82 anos, ele viajou pela primeira vez de avião para visitar o neto aqui (em Campinas). Tudo o que ele queria em relação à educação funcionou e deu frutos.”

Como funciona o Sirius?

Localizado em um terreno de 150 mil m² – o equivalente a sete campos de futebol – o túnel principal por onde os elétrons circulam tem 518 metros.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

Máquina responsável por gerar elétrons, que são acelerados até atingirem a velocidade da luz e formar a luz síncrotron.

A circulação constante das micropartículas é importante para gerar o feixe de luz síncrotron 24 horas por dia. Seu piso é feito de uma camada de 90 centímetros de concreto armado em cima de uma camada de quatro metros de terra compactada com cimento, e sob 13 estacas fincadas a 13 metros de profundidade no solo.

A área ainda é isolada do prédio principal por um vão para evitar vibrações externas.

A reportagem da BBC News Brasil visitou as instalações do Sirius, inclusive a área onde os elétrons vão circular em alta velocidade.

Um desnível de 0,5 centímetro nos mais de 500 metros de túnel pode desregular toda a circulação dos elétrons e interromper o funcionamento do Sirius, previsto para operar 24 horas. As paredes do túnel têm uma espessura entre 80 centímetros e 1,2 metro para impedir a propagação da radiação emitida durante a circulação dos elétrons.

Mas todo o processo começa numa sala ao lado desse corredor de concreto e encanamentos. Uma máquina gera os elétrons, que são acelerados por um conjunto de equipamentos até ele ser transferido para um segundo acelerador.

A ideia é “arrumar” os elétrons antes de eles serem desviados para o acelerador principal, onde são guiados por forças magnéticas geradas por centenas de ímãs que os fazem atingir a energia final de operação.

Ao longo desses 518 metros, os ímãs de alta precisão são posicionados de maneira a pressionar os elétrons para que eles fiquem cada vez mais concentrados.

Isso faz com que o feixe de luz que sai do acelerador de partículas, chamado de luz síncrotron, seja extremamente fino. Um fio de cabelo é 30 vezes mais espesso.

Esse processo, aliado à circulação de elétrons a quase 300 mil km/s, gera uma luz tão potente que é capaz de fazer uma radiografia detalhada até mesmo de um pedaço de rocha. Mas a precisão exigida na região do túnel é tão rígida que a temperatura do local não pode variar mais de 0,1ºC para mais ou menos.

Quando fica pronto?

A conclusão da montagem dos aceleradores do Sirius está prevista para o final de 2018 e o início da operação, para 2019. Já a conclusão do projeto, incluindo 13 estações de pesquisa, é previsto para 2020.

Sua estrutura, porém, tem capacidade para abrigar até 40 saídas de linhas de luz. Cada uma delas com um feixe de radiação eletromagnética específico, como raio-x e ultravioleta. Cada um possibilita o desenvolvimento de estudos em diferentes condições.

O Sirius foi erguido com apenas 15% de peças e mão-de-obra trazidos de outros países. Algumas empresas brasileiras inclusive investiram em pesquisa para produzir alguns componentes. Os ímãs, por exemplo, foram desenvolvidos e construídos pela empresa WEG, de Santa Catarina, especificamente para o Sirius.

Outras 280 empresas nacionais estão envolvidas no fornecimento de peças e componentes.

Qual a importância do Sirius para o Brasil?

Com a inauguração do Sirius, o Brasil terá uma das mais avançadas ferramentas de pesquisa do mundo, segundo cientistas. Isso possibilitará que os pesquisadores do país possam desenvolver estudos com tecnologia inédita em diversas áreas, como saúde, energia, tecnologia, agricultura e meio ambiente.

Na saúde, poderão ser estudados vírus e bactérias para a descoberta de substâncias com potencial para dar origem a novos medicamentos e tratamentos. O diretor-geral do CNPEM e diretor do Projeto Sirius, Antônio José Roque da Silva, explica que o cérebro poderá ser analisado de acordo com os estímulos que recebe ou doenças que possui.

“(Será possível) entender doenças degenerativas ou problemas ligados ao cérebro. Para isso, eu preciso entender desde a escala de comunicação entre os neurônios, onde eles trocam os neurotransmissores, até chegar à organização espacial deles, como eles estão arrumados no cérebro e ver a diferença de um cérebro normal para um com doença”, afirma Silva.

No setor alimentício, poderão ser pesquisados alimentos e suas propriedades, visando o melhoramento, além do estudo de sementes e outras estruturas vegetais. Isso pode resultar no desenvolvimento de espécies mais resistentes à falta d’água e ataques de pragas.

Tudo isso por causa da qualidade e da potência do brilho da luz que sai nas estações. A física Liu Lin diz que é como se você conseguisse enxergar as micropartículas em sua constituição mais básica.

“É como se você passasse da TV antiga de tubo para uma ultra HD 4K. Fora que a luz produzida lá vai ter um grau de coerência maior. É como se você comparasse usar uma lanterna a um laser. É uma luz muito mais concentrada que faz toda a diferença”, afirma Lin.

Uma ferramenta tão moderna deve atrair pesquisadores estrangeiros para o Brasil. Como o Sirius é financiado por recursos públicos, qualquer cientista pode apresentar um projeto de pesquisa e, se aprovado, usar o acelerador de partículas brasileiro.

O diretor do Sirius diz que ele foi projetado para ser uma ferramenta na fronteira do conhecimento. Nas palavras dele, com o “que há de mais moderno do mundo, com tecnologia brasileira, feito por pesquisadores brasileiros, ajudando a sociedade brasileira a resolver suas questões de futuro”.

“Em pesquisa, é como se você estivesse andando por uma região com vales e morros. Dependendo do tipo de pergunta que você encontra, é como se você estivesse numa área com uma rugosidade pequena e conseguisse passar por ela a pé ou com um carro pequeno. Mas tem horas que eu vou me deparar com um grande vale. Nesse momento, ou eu tenho uma ponte para cruzá-lo, ou fico parado. O Sirius será essa grande ponte dos pesquisadores brasileiros”, explica o diretor do projeto.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

Novo acelerador de elétrons é a maior e mais complexa estrutura de pesquisa do País e será colocada à disposição de pesquisadores do Brasil e do exterior

Por fora, parece um disco voador, do tamanho do estádio do Maracanã. Por dentro, a sensação é de estar caminhando em outro mundo, na fronteira da tecnologia, cercado de inovação por todos os lados. E o mais incrível: quase tudo feito por aqui mesmo, projetado por cientistas brasileiros, desenvolvido por empresas nacionais e construído – a muito custo – no período de maior aperto financeiro da ciência nacional.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

Novo acelerador de elétrons é a maior e mais complexa estrutura de pesquisa do País e será colocada à disposição de pesquisadores do Brasil e do exterior

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

O Sirius, a nova fonte de luz síncrotron do Brasil, foi inaugurado oficialmente nesta quarta-feira (14) pelo presidente Michel Temer e o ministro de Ciência e Tecnologia, Gilberto Kassab no CNPEM (Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais), em Campinas. Orçado em R$ 1,8 bilhão, é o projeto mais grandioso e tecnologicamente complexo da ciência brasileira. Até agora, cerca de R$ 1,12 bilhão foram repassados para o projeto, sendo R$ 282 milhões em 2018.

Na inauguração, Temer disse que o Sírius vai ser exemplo para o mundo todo. “Se não tivessemos feito nada no nosso governo, mas concluído o projeto que inauguramos hoje, já teríamos feito muito pelo país”.

Temer destacou que o projeto, totalmente nacional, contou apenas com fornecedores brasileiros. “Presenciamos um Brasil que avança a passos largos, e passa a integrar o seletíssimo grupo de países que dispõem de um acelerador de elétrons de quarta geração”, declarou.

Nesta fase do projeto foram concluídas as obras civis e o prédio que abriga a infraestrutura de pesquisa. Dois dos três aceleradores de elétrons estão concluídos. Kassab, disse que o feixe de luz começa a circular a partir

Primeira sala onde os elétrons são acelerados antes de serem guiados para o acelerador principal do Sirius.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

de hoje em fase experimental. Na próxima semana, os cientistas ocuparão as suas salas nos laboratórios e instalações de pesquisa, que serão abertos às comunidades científica e industrial. A pesquisa efetiva terá início no próximo ano.

Maracanã da ciência

A obra que mais parece um estádio de futebol é um acelerador de elétrons, usado para produzir luz síncrotron. Funciona como um grande microscópio, que permite estudar praticamente qualquer material. O prédio do Sirius possui 15 metros de altura e 68 mil metros quadrados.

A máquina propriamente dita – um acelerador de elétrons com mais de 500 metros de circunferência, que produz a luz síncrotron – está em fase final de montagem, e deve entrar em operação no segundo semestre de 2019. Com ela, cientistas poderão fazer imagens 3D de altíssima resolução e investigar a fundo a estrutura molecular de qualquer tipo de material.

Se o dinheiro não minguar e as milhares de peças que compõem o acelerador funcionarem com a precisão nanométrica necessária, o Sirius será uma das fontes de luz síncrotron mais poderosas do mundo, num país onde os investimentos em ciência só caíram nos últimos anos.

Brasil inaugura o Sirius, um dos mais modernos aceleradores de elétrons

Máquina responsável por gerar elétrons, que são acelerados até atingirem a velocidade da luz e formar a luz síncrotron.

“Resiliência é o nome do jogo”, disse ao Estadão Conteúdo o físico Antônio José Roque da Silva, que pilota o projeto desde 2009, inicialmente como diretor do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) e agora, como diretor-geral do CNPEM.

Não foram poucos os momentos em que o projeto esteve ameaçado pela falta de recursos. A construção começou em 2015, em meio à explosão da crise econômica nacional.

A salvação, segundo Silva, foi a inclusão do Sirius no Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), a partir de 2016, o que deu ao projeto um status diferenciado dentro da estrutura política e administrativa do governo federal. “Foi o que nos permitiu sobreviver, mesmo com todas as dificuldades.”

Made in Brazil

A concepção do projeto começou em 2009, quando ficou claro que a atual fonte de luz síncrotron do LNLS – chamada UVX, de 1997 – estava tecnologicamente defasada, apesar de funcionar muito bem e até hoje atender mais de 1 mil pesquisadores por ano.

As mentes por trás do maior acelerador de partículas do Brasil

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Máquina responsável por gerar elétrons, que são acelerados até atingirem a velocidade da luz e formar a luz síncrotron

Inicialmente, seria uma máquina de terceira geração, como tantas outras que estavam sendo construídas no mundo. Em 2012, porém, um comitê recomendou que fosse feito um “upgrade”, para uma máquina de quarta geração – coisa que ainda não existia no mundo. E o desafio foi aceito.

“Em vez de começar atrás, era a oportunidade de sair na frente”, lembra Silva. Muitos disseram que era impossível, mas o projeto foi em frente. “Reprojetamos tudo, e o Sirius ganhou destaque mundial. Todo mundo começou a desenhar novas máquinas com base na nossa tecnologia.”

Cerca de 85% do projeto está sendo contratado dentro do Brasil, incluindo o desenvolvimento e a fabricação das peças mais sofisticada do acelerador e das estações experimentais, chamadas de “linhas de luz”.

O primeiro feixe de elétrons foi gerado em maio, no aparelho conhecido como Linac, que agora está sendo conectado ao primeiro anel de aceleração, conhecido como Booster.

O anel principal, de onde são extraídos os feixes de luz síncrotron, está em fase inicial de montagem, com conclusão prevista para abril ou maio. Terá início, então, uma longa fase de testes, até que o Sirius possa ser aberto para uso da comunidade científica. Nessa primeira fase, estão previstas seis linhas de luz, com mais sete planejadas para 2021. Mas o prédio foi construído para abrigar até 40.

“É uma máquina que será competitiva por muitos anos”, diz o diretor científico do LNLS, Harry Westfahl Junior.

A complexidade tecnológica de uma fonte de luz síncrotron como o Sirius é imensa. De uma forma geral, porém, essas máquinas podem ser pensadas como grandes microscópios, ou tomógrafos, que os cientistas utilizam para fazer imagens, enxergar a estrutura molecular e estudar as propriedades de materiais.

Pode ser uma proteína, uma célula, um osso, um grão de areia, uma planta, uma rocha, um plástico, uma liga metálica ou um fóssil. Qualquer coisa.

Além da pesquisa acadêmica, a técnica é muito usada pelas indústrias químicas, de petróleo, fármacos e cosméticos.

A física Nathaly Archilha, pesquisadora do CNPEM, por exemplo, utiliza a luz síncrotron para estudar as propriedades de rochas que formam reservatórios de petróleo e gás natural. “Entender essa estrutura é fundamental para otimizar os processos de extração do óleo”, explica.

Com a luz síncrotron do UVX, já é possível enxergar a malha porosa interna das rochas, onde fica estocado o óleo – com o diâmetro de alguns fios de cabelo. Já com o Sirius, será possível fazer uma tomografia 4D dessas amostras, visualizando em tempo real, e condições reais de temperatura e pressão, como o óleo flui por dentro desses poros.

Além disso, o tamanho das amostras poderá ser muito maior, e o tempo de imageamento será muito menor. Uma imagem que leva horas para ser feita no UVX poderá ser feita em segundos no Sirius.

Cientistas encontram luz misteriosa no espaço e não sabem identificá-la

Cientistas encontram luz misteriosa no espaço e não sabem identificá-la

Irradiada de estrela de nêutrons, iluminação pode ser um disco de poeira ou a presença de um vento energético

Cientistas encontram luz misteriosa no espaço e não sabem identificá-la

Com o auxílio do Telescópio Espacial Hubble, da NASA, pesquisadores da Universidade Estadual da Pensilvânia, nos Estados Unidos, detectaram uma estranha luz infravermelha emergindo de uma região ao redor da estrela de nêutrons RX J0806.4-4123. Eles acreditam que isso pode indicar a existência de características nunca antes vistas.

“Essa estrela de nêutrons pertence a um grupo de sete pulsares de raios-X próximos, apelidados de ‘os Sete Magníficos’, que são mais quentes do que deveriam ser, se considerarmos suas idades e reservatórios de energia disponíveis, fornecidos pela perda de energia de rotação”, disse em comunicado Bettina Posselt, líder do estudo. “Observamos uma extensa área de emissão de infravermelho ao redor desta estrela, cujo tamanho total se traduz em cerca de 200 unidades astronômicas na distância presumida do pulsar”.

Em um artigo publicado no Astrophysical Journal, os astrônomos propõem duas explicações para a misteriosa emissão infravermelha. A primeira é que há um disco de material, possivelmente feito de poeira, cercando a estrela. “Pode haver o que é conhecido como um ‘disco de retorno’ de material que se aglutinou ao redor da estrela de nêutrons após a supernova”, explicou Posselt. “Tal disco seria composto de matéria da estrela maciça progenitora. Sua interação subsequente com a estrela de nêutrons poderia ter aquecido o pulsar e retardado sua rotação.”

Segundo a pesquisadora, se essa hipótese for confirmada, isso poderá mudar a compreensão da astronomia de como as estrelas de nêutrons evoluíram.

A segunda explicação é que há um vento energético soprando da estrela de nêutrons que interage com o gás no espaço interestelar, criando uma característica conhecida como “nebulosa do vento pulsar”. Ventos pulsares são gerados quando as partículas são aceleradas no campo elétrico que é produzido pela rápida rotação de estrelas de nêutrons com um forte campo magnético.

Estrelas de nêutrons são produzidas quando estrelas massivas chegam ao fim de suas vidas e passam por supernovas, que expelem as camadas externas de material. Se a massa da estrela que explode é insuficiente para produzir um buraco negro, a região central que sobrou entra em colapso sob a força da gravidade e é espremida a tal ponto que prótons e elétrons se combinam para formar nêutrons.

Devido à densidade extremamente alta, elas também possuem poderosos campos gravitacionais. O campo gravitacional na superfície de uma estrela de nêutrons é em torno de 200 bilhões de vezes o da Terra. As estrelas também podem girar rapidamente, até centenas de vezes por segundo. Algumas estrelas de nêutrons, como a RX J0806.4-4123, por exemplo, emitem raios intensos de radiação, parecidos com os faróis interestelares.

Esses feixes tendem a ser estudados no espectro de raios-X, raios gama e ondas de rádio, mas para as últimas pesquisas, a equipe usou a visão infravermelha do Hubble para observar RX J0806.4-4123 – que foi a primeira estrela de nêutrons na qual um sinal estendido foi visto apenas em luz infravermelha.