Super-Maratona das Partículas Elementares - Parte 5

Neutrinos - Parte 4

Cientista brasileiro comenta sobre os neutrinos

...Continuação

Dúvidas e consequências futuras

O "OPERA" - nome com o qual foi batizado o mais revolucionário experimento, embora esteja causando grande alvoroço no meio científico, ainda não tem seus resultados confirmados.

"Quando Einstein propôs a Teoria da Relatividade, muitas contas foram feitas e todas puderam ser testadas e verificadas para comprovar essas hipóteses. O 'OPERA' abre possibilidades para explorar algo que desconhecemos, por isso todos estão muito cautelosos com essa nova informação," diz Vitor.

Na história, experimentos desse tipo já foram feitos e, posteriormente, desmentidos.

Na década de 1980, o físico brasileiro Cesar Lattes tentou provar que a famosa afirmação de Einstein era equivocada e, mais recentemente, um experimento estadunidense, chamado "MINOS", tentou provar o mesmo.

"Os cientistas dos EUA publicaram um artigo descrevendo a velocidade superior do neutrino, porém a precisão da medição era baixa e o resultado não ganhou a confiança da comunidade científica. Agora, com o 'OPERA', a precisão é muito melhor, mas mesmo assim os envolvidos só 'baterão o martelo' depois que tiverem uma segunda confirmação da experiência, feita em algum outro local, envolvendo diferentes pessoas," explica

Vitor afirma que, em princípio, não é possível arriscar as mudanças que ocorrerão, caso essa experiência seja, definitivamente, confirmada.

"A física teórica, que foi construída no início do século XX, trouxe consequências na vida das pessoas depois de 60 anos. Então, se essa nova descoberta for comprovada, teremos noções das mudanças que ela pode trazer num prazo mínimo de meio século", afirma.

Mas, mesmo com a novidade, as afirmações, postulados e teorias de Albert Einstein continuam sendo válidas.

"O funcionamento de aviões, por exemplo, está baseado diretamente no postulado de Einstein. A medida do 'OPERA' pode abrir as portas para um novo mundo, e o que virá disso, certamente, terá influência em nossas vidas. Alguns cientistas afirmam que, se comprovada, o 'OPERA' abrirá possibilidades de descrever o universo em dimensões extras, além do tempo e espaço. Mas, por enquanto, isso é só especulação", conta Vitor.

Com o passar do tempo, novas perguntas serão feitas e novas respostas deverão ser buscadas. No passado, Albert Einstein refutou afirmações de Isaac Newton. Hoje as teorias deste primeiro são questionadas.

O que importa a todos nós é saber que mesmo a ciência mais exata sofre modificações, o que não quer dizer que antigas teorias perdem sua importância e, sobretudo, validade.

Sendo assim, mesmo com o 'OPERA' sendo 100% bem-sucedido, Einstein continua e continuará tendo sua reputação ilibada. Seus fãs podem continuar respirando aliviados.

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Super-Maratona das Partículas Elementares - Parte 4

Neutrinos - Parte 3

Cientista brasileiro comenta sobre os neutrinos

O cientista brasileiro Luiz Vitor de Souza Filho, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP e pesquisador na área de astrofísica de partículas, comenta os indícios de que partículas poderiam viajar mais rapidamente do que a luz.

 

No princípio era Einstein

 

No século XX, as teorias de Albert Einstein levaram à afirmação de que nenhum corpo ou partícula de nosso conhecimento poderia atingir velocidade maior do que a da luz.

No século XXI, uma nova descoberta poderá revolucionar todas as teorias que deram vida à física moderna e que colocaram em evidência o mais famoso físico de todos os tempos.

Rota de aviões, GPS, computadores. A existência e, principalmente, o funcionamento perfeito de todos esses equipamentos só é possível graças a Teoria da Relatividade, através da qual se deduz a mais famosa equação da física moderna: E=mc².

A famosa fórmula, criada por Albert Einstein, um dos cientistas mais notórios do mundo, corre o risco de ser reformulada e os responsáveis por isso podem ser seus vizinhos europeus.

No subterrâneo Laboratori Nazionali Del Gran Sasso, localizado na Itália, um experimento pode alterar, significativamente, toda teoria formulada pelo físico alemão: a de que a velocidade da luz, no vácuo (exatos 299.792.458 metros por segundo), pode ser superada pela velocidade de uma partícula que recebeu o nome de neutrino.

"A proposta da existência dessa partícula é antiga [desde a década de 60], mas só na década de 80 é que foram feitas as primeiras medidas, comprovando sua existência", esclarece Vitor.

 

Agora é o CERN

 

O famoso Laboratório Europeu de Física de Partículas, mais conhecido por CERN (Conseil Européen pour La Recherche Nucléaire), é um dos locais onde prótons - partícula elementar do átomo - são produzidos, graças a um acelerador de partículas instalado no laboratório.

A famosa ferramenta envia os prótons por canais subterrâneos, onde estes, por sua vez, ao colidirem com alvos, propositalmente colocados no caminho, irão gerar novas partículas, entre elas o neutrino.

Mas, diferentemente de sua ancestral ou de suas irmãs, o neutrino praticamente não interage com a matéria, passando por esses alvos como se eles não existissem.

"Depois de mais ou menos um quilômetro que o próton é gerado no acelerador, forma-se um feixe de neutrinos. Esse feixe está apontado na direção de alvos construídos no Gran Sasso. Ou seja, o feixe de neutrinos passa por baixo da terra, fazendo um caminho reto, sem se desviar,", elucida Vitor.

Nesse momento, os cientistas italianos já estão preparados, esperando. Para conseguir medir a velocidade dos neutrinos, que chegam no feixe de luz originado no CERN, alvos de chumbo foram montados no laboratório italiano, seguidos por detectores de velocidade.

"Esse feixe vem do CERN com milhões de neutrinos e, a maioria, irá enfrentar os alvos de chumbo. Aqueles que não conseguirem atravessar esses alvos irão colidir com os mesmos, dando a brecha necessária para os detectores, posicionados logo em seguida, medirem o momento da sua chegada."

 

Velocidade maior do que a da luz

 

Parece coisa de outro mundo, mas, exceto pelos sofisticadíssimos aparelhos de medição, a técnica é simples e mais comum do que pensamos. "É como medir a velocidade de um carro. Mede-se a distância percorrida pelo carro em um intervalo de tempo. A divisão da distância pelo tempo gasto é a velocidade", compara Vitor.

Ao conseguirem, finalmente, medir a velocidade do neutrino, os cientistas perceberam que a partícula tinha uma velocidade maior do que a da luz, mesmo que a diferença fosse de meros 60 nanossegundos (10^-9 segundos).

Sendo assim, a afirmação, até então, irrefutável de Einstein abre espaço para novas teorias, fórmulas físicas e, sobretudo, novas maneiras de pensar sobre tudo que estamos acostumados a lidar, há mais de cem anos.

Os equipamentos para se chegar a essa medida abrigam tecnologia e precisão surpreendentes. "Para fazer essa medição, GPS e relógio atômico foram alguns dos instrumentos utilizados pelos cientistas, e eles garantem uma precisão de tempo com margem de erro de, no máximo, dois nanossegundos. Já no quesito distância, para os feixes atravessarem a terra, em linha reta, a margem de erro seria de, no máximo, 20 centímetros", explica Vitor.

 

Continua...

 

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IceCube - Observatório nas profundezas da Antártida

Depois de 10 anos de planejamento, testes de equipamentos e construção, está terminado o Observatório de Neutrinos IceCube.

Localizado nas profundezas do Pólo Sul, o observatório foi construído para estudar especialmente os neutrinos de alta energia que atravessam a Terra, fornecendo informações sobre eventos cósmicos distantes como supernovas e buracos negros.

A diferença do IceCube em relação aos telescópios espaciais é que em vez de uma gigantesca lente, ou de alguma espécie de antena dirigida para os céus, o observatório IceCube é formado por longas cordas, cada uma contendo 60 sensores ópticos, mergulhados em furos que atingem até 2,5 km de profundidade no gelo eterno da Antártida.

Foram perfurados 86 buracos, que agora contêm 5.160 sensores ópticos, cobrindo um quilômetro cúbico nas proximidades da Estação Amundsen-Scott, no Pólo Sul.

Nas profundezas geladas, escuras e silenciosas do gelo antártico, os sensores do IceCube foram projetados para captar os minúsculos flashes produzidos quando os neutrinos chocam-se com os núcleos atômicos das moléculas de água do gelo.

As cordas com os sensores foram colocadas em profundidades que variam entre 1.450 e 2.450 metros, onde o gelo é absolutamente escuro, já que não recebe nenhuma luz, mas é opticamente ultratransparente.

 

 

Origem dos neutrinos

 

Os cientistas acreditam que alguns neutrinos vêm do Sol, enquanto outros vêm de raios cósmicos que interagem com a atmosfera da Terra ou de fontes astronômicas, como a explosão de estrelas na Via Láctea e em galáxias distantes.

Trilhões de neutrinos atravessam o corpo humano a cada segundo, mas eles raramente interagem com a matéria normal. É por isso que o tamanho do observatório é tão importante: é necessário aumentar muito a possibilidade de colisões para que apenas algumas delas sejam detectadas pelos sensores.

Além das 86 cordas, cada uma com seus 60 sensores mergulhados no gelo, há quatro sensores na superfície para cada uma das cordas.

Trilhões de neutrinos atravessam o corpo humano a cada segundo, mas eles raramente interagem com a matéria normal.

 

Furadeira de água quente

 

 

A construção do IceCube exigiu a idealização de uma furadeira especial, à base de água quente, que é capaz de penetrar mais de dois quilômetros de profundidade no gelo em apenas dois dias, fazendo um buraco perfeito e absolutamente limpo.

O equipamento, que consome 4,8 megawatts, foi projetado e construído por engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison, nos Estados Unidos, que lidera o projeto.

 

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LHC pode ser a primeira máquina do tempo do mundo

Os dois físicos da Universidade de Vanderbilt, nos Estados Unidos, Tom Weiler e Chui Man Ho, alegam que o LHC pode se tornar a primeira máquina capaz de fazer a matéria viajar de volta no tempo.

"Nossa teoria é um tiro de longa distância," admite Weiler. "Mas ela não viola nenhuma lei da física e nem qualquer restrição experimental.

O Singleto de Higgs

Um dos maiores objetivos do LHC é encontrar o bóson de Higgs, uma partícula hipotética da qual os físicos lançam mão para explicar porque partículas como os prótons, nêutrons e elétrons possuem massa.

Se o Grande Colisor de Hádrons realmente conseguir produzir essa que é chamada a "partícula de Deus", alguns físicos acreditam que ele irá criar também uma segunda partícula, o singleto de Higgs.

Segundo a proposta de Weiler e Ho, esses singletos teriam a capacidade de saltar para uma quinta dimensão, onde eles poderiam se mover para frente e para trás no tempo, retornando depois para nossa dimensão, mas reaparecendo no futuro ou no passado.

Comunicação com o passado e com o futuro

Como somente partículas com características tão especiais poderiam viajar no tempo, ninguém poderia retornar ao passado e matar algum antecessor, eliminando a possibilidade da própria existência.

"Entretanto, se os cientistas puderem controlar a produção dos singletos de Higgs, eles poderão enviar mensagens para o passado ou para o futuro," propõe Weiler.

Testar a teoria, segundo os físicos, será fácil: bastará observar se o LHC produz os singletos de Higgs e se os produtos do seu decaimento começam a surgir espontaneamente.

Neste caso, garantem eles, isso indicará que esses produtos estão sendo gerados por partículas que viajaram de volta no tempo para reaparecer antes da ocorrência das colisões que as originaram.

Neutrinos estéreis

Uma terceira possibilidade seria um ainda mais elusivo neutrino estéril, um parente mais raro dos quase indetectáveis "neutrinos normais".

Os neutrinos estéreis não se chocariam nunca com nada. Eles também reagiriam apenas com a gravidade, o que os torna passageiros viáveis para a máquina do tempo de Weiler e Ho.

E a ideia vai além: se os neutrinos estéreis pegarem atalhos por outras dimensões, do ponto de vista da nossa dimensão eles poderiam viajar em velocidades mais altas do que a velocidade da luz.

De acordo com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, há certas condições nas quais viajar mais rápido do que a velocidade da luz é equivalente a viajar de volta no tempo, e foi aí, segundo os dois físicos, que eles entraram no especulativo campo das viagens no tempo.

Para maiores detalhes sobre o LHC, visite o site oficial do CERN: http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/WhyLHC-en.html

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Super-Maratona das Partículas Elementares - Parte 3

Neutrinos - Parte 2

Neutrinos podem ter viajado mais rápido do que a luz

Segundo Antonio Ereditato, da Universidade de Berna, na Suíça, a equipe aparentemente detectou neutrinos viajando mais rápido do que a velocidade da luz.

Se neutrinos podem viajar mais rápido do que a velocidade da luz, então o preceito fundamental de que as leis da física são as mesmas para todos os observadores cai por terra.

A ideia de que nada pode viajar mais rapidamente do que a luz é um pilar da teoria da relatividade espacial formulada por Einstein, a qual está nas bases de toda a física moderna.

Isto sim, pode apontar para uma "nova física", desde que os outros pesquisadores não encontrem erros no experimento e nas análises.

"Nós tentamos por todos os meios descobrir um erro - erros triviais, erros mais complicados, efeitos impensáveis, mas não conseguimos encontrar nenhum," disse Ereditato.

Depois de tantos cuidados, ele e sua equipe afirmam ter alcançado um nível seis sigma, que indicaria uma descoberta científica realmente válida.

Tudo vai depender das análises nos dados  que serão feitas por equipes de físicos do mundo todo.

"Dadas as potenciais consequências de longo alcance desse resultado, medições independentes serão necessárias antes que o efeito seja refutado ou firmemente estabelecido," disse o CERN em nota.

O detector OPERA ultra-sensível recebe um feixe de neutrinos disparado do laboratório CERN, através do LHC, que estão localizados a mais de 730 quilômetros de distância.

O que os pesquisadores concluíram é que os neutrinos estão chegando 60 nanossegundos antes do que deveriam.

E isso só pode ser possível se eles estiverem viajando a uma velocidade maior do que 299.792.458 m/s, que é a velocidade exata da luz.

Para checar seus resultados, os cientistas usaram relógios atômicos e avançados sistemas de GPS, conseguindo com isso reduzir a incerteza da distância percorrida pelos neutrinos para 20 centímetros em relação aos 730 km do feixe.

O tempo de chegada dos neutrinos foi medido com uma incerteza de 10 nanossegundos.

O físico italiano Antonino Zichichi, falando à revista Nature, levantou a hipótese de que, se os resultados se confirmarem e a física como a conhecemos estiver mesmo desmoronando, então os neutrinos superluminais podem estar pegando atalhos por dimensões extras do espaço, algo que é previsto pela Teoria das Cordas, uma teoria  iniciada na década de 60 e que propõe unir a Teoria da relatividade e a Teoria Quântica numa única estrutura matemática.

"As medições do OPERA estão em desacordo com leis da natureza bem estabelecidas, embora a ciência muitas vezes progrida derrubando os paradigmas estabelecidos," diz a nota do CERN.

De fato, não têm faltado medições e estudos em busca de "desvios" da teoria da relatividade de Einstein, e até hoje sem sucesso.

"As fortes restrições decorrentes dessas observações tornam improvável uma interpretação da medição do OPERA em termos da modificação da teoria de Einstein, o que nos dá motivos ainda mais fortes para buscar novas medições independentes," conclui a equipe do laboratório.

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Transístor de prótons pode ligar eletrônica a organismos vivos

A eletricidade lida com o armazenamento e o transporte de elétrons, enquanto a eletrônica convencional com o manuseio cuidadoso desses elétrons, ou seja, tudo o que se conhece como "eletrônico" tem esse nome por se basear no transporte de elétrons, que têm carga negativa. Agora, cientistas construíram um transístor que usa prótons, que têm carga positiva. O transístor é o componente mais importante de tudo o que é eletrônico e um transístor de prótons é particularmente interessante porque o corpo humano, e tudo o que é vivo, envia e recebe sinais e faz todo o seu "processamento" usando íons ou prótons. Sendo assim, este dispositivo viabilizaria uma transmissão orgânica de dados.

Conexão eletrônico-biológica

Os equipamentos biomecatrônicos, as próteses robóticas, as interfaces neurais, as retinas artificiais, etc, etc, são aparelhos que, se puderem comunicar-se diretamente com o corpo humano, permitirão a solução de inúmeros problemas na área médica.

Até agora, porém, a funcionalidade de todos eles tem sido limitada pela dificuldade de interligar o eletrônico com o biológico, ou seja, em transformar um sinal eletrônico em um sinal iônico e vice-versa.

De forma análoga ao que ocorre dentro de um processador, onde o transístor eletrônico funciona como uma chave para deixar ou não deixar os elétrons passarem, no organismo os prótons abrem e fecham canais nas membranas celulares, para bombear coisas para dentro e para fora das células.

Um transístor que seja biocompatível poderá ser usado para monitorar ou controlar os processos biológicos, abrindo um campo enorme para a criação de tecnologias que possam acionar membros paralisados, desligar neurônios que estejam disparando de forma descontrolada e causando convulsões, dentre uma infinidade de outras possibilidades.

Corrente de prótons

Um transístor capaz de enviar pulsos de correntes protônicas é um ótimo começo nesse sentido, e ainda que o protótipo vá precisar de várias rodadas de miniaturização, ele atualmente mede apenas 5 micrômetros de largura.

O componente usa uma forma modificada de quitosana, uma fibra retirada do exoesqueleto de crustáceos, que absorve água, formando inúmeras ligações de hidrogênio.

Os prótons movimentam-se saltando de uma ligação de hidrogênio para outra, formando a "corrente protônica", ou iônica.

O nome técnico do componente é "transístor de efeito de campo bioprotônico de polissacarídeos" (FET-BPP).

A base do componente é de silício, o que impediria seu uso imediato em contato com o corpo humano, mas os cientistas afirmam que o desenvolvimento de uma versão biocompatível do transístor de prótons é um próximo passo para a pesquisa.

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Super-Maratona das Partículas Elementares - Parte 2

Neutrinos - Parte 1

O Neutrino, o OPERA, o CERN e o LHC

Detector OPERA

O gigantesco detector Opera é formado por 150.000 pequenos "tijolos" de uma emulsão nuclear, separados por folhas de chumbo. Dispostos em paredes paralelas, são esses tijolos que detectam os neutrinos, e está localizado a 1.400 metros de profundidade no laboratório Gran Sasso, na Itália.

Cientistas do experimento Opera fizeram a primeira observação direta de uma partícula tau em um feixe de neutrinos do múon - isto significa que a partícula "oscilou", isto é, mudou de um tipo para outro.

Neutrinos são partículas subatômicas com uma massa tão pequena que um deles é capaz de atravessar um cubo de chumbo sólido, com 1 ano-luz de aresta, sem se chocar com a matéria. Calcula-se que 50 trilhões de neutrinos atravessam o nosso corpo todos os dias.

Existem três tipos de neutrinos: neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau.

A odisséia dos neutrinos começou com uma experiência pioneira, realizada na década de 1960, que acabou rendendo o Prêmio Nobel de Física a Ray Davies.

Davies observou que os neutrinos vindos do Sol chegavam à Terra em um número muito menor do que os modelos teóricos previam, então ele concluiu que, ou os modelos solares estavam errados ou algo estava acontecendo com os neutrinos no meio do caminho.

Em 1969 Bruno Pontecorvo e Vladimir Gribov sugeriram que mudanças oscilatórias, que eles chamaram de "mudanças camaleônicas", poderiam fazer com que os neutrinos transmutassem de um tipo para outro e, por isso, os neutrinos esperados não eram detectados em número suficiente.

Somente no ano passado, pela primeira vez, os cientistas capturaram o neutrino camaleão conforme ele mudou de um neutrino do múon para um neutrino do tau.

"Estamos confiantes de que este primeiro evento será seguido de outros, que irão demonstrar plenamente a oscilação dos neutrinos," disse Antonio Ereditato, da colaboração Opera.

Mas não pense que encontrar o neutrino camaleaõ foi tão fácil! O achado foi resultado de sete anos de construção do detector Opera, e mais três anos de disparos de um feixe de neutrinos, fornecido pelo CERN.

Durante esse tempo, bilhões de bilhões de neutrinos do múon foram enviados do CERN, através do LHC, até Gran Sasso, em uma viagem de 730km e que dura apenas 2,4 milissegundos.

A raridade da oscilação dos neutrinos, juntamente com o fato de que eles interagem muito fracamente com a matéria, torna este um tipo de experimento muito delicado e muito difícil de se realizar.

Embora explique algumas coisas, a observação das oscilações dessas partículas é uma forte evidência de uma física totalmente nova.

Na teoria que os físicos usam para explicar o comportamento das partículas fundamentais, conhecida como o Modelo Padrão, os neutrinos não têm massa. Contudo, para que eles sejam capazes de oscilar eles devem ter massa, logo algo deve estar faltando no Modelo Padrão. E não é nenhum mistério que, há muito tempo, os físicos sabem que o Modelo Padrão não explica tudo.

Uma das possibilidades levantadas para essa nova física é a existência de outros tipos de neutrinos, ainda não detectados experimentalmente.

A grande expectativa é que essas partículas subatômicas ainda desconhecidas possam ajudar a lançar alguma luz sobre a Matéria Escura, um tipo desconhecido de matéria que compõe um quarto da massa do Universo.

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Telescópio ROSAT pode cair esta semana

O satélite alemão ROSAT, um telescópio de raios X desativado, poderá cair na Terra mais cedo do que se esperava. A previsão inicial estabelecia o período da queda entre fim de Outubro e início de Novembro, agora a agência espacial alemã (DLR) afirma que a reentrada deverá ocorrer entre os dias 20 e 25 de Outubro, ou seja, a partir da próxima quinta-feira. Segundo a DLR, isto se deve a uma intensificação da atividade solar nos últimos dias.

Ele é menor do que o satélite norte-americano UARS que caiu no mês passado, mas foi construído de tal forma que sua maior parte deverá passar intacta pela reentrada, caindo quase inteiro.

A DLR estima que pelo menos metade do satélite cairá em um pedaço único, no solo ou no mar, com o restante se desfazendo em cerca de 30 pedaços menores.

A probabilidade de que os destroços atinjam alguém em terra é de 1 em 2.000.

Segundo a DLR, se isso acontecer, três países deverão pagar indenizações pelos danos: os Estados Unidos Unidos, que lançaram o satélite, o Reino Unido, onde ele foi fabricado, e a Alemanha, responsável por sua operação.

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Dias contados para o Bóson de Higgs aparecer

A peça fundamental que está faltando para o modelo da física de partículas está ficando sem lugar para se esconder.

A localização do bóson de Higgs era um dos resultados mais esperados do Grande Colisor de Prótons, o LHC, mas os milhares de físicos trabalhando nos diversos detectores do LHC já descartaram a maior parte das faixas de massa que o bóson de Higgs poderia ter, deixando apenas um estreito segmento ainda a ser pesquisado.

"Se ele existir, ele estará lá. E, se não estiver, saberemos que [o bóson de Higgs] é ficção científica por volta do mês de Dezembro," afirma Vivek Sharma, da Universidade da Califórnia, em San Diego.

Nas colisões do LHC, o bóson de Higgs, se ele realmente existir, deveria aparecer e rapidamente decair em outras partículas mais familiares e facilmente detectáveis pelo CMS e pelo ATLAS.

O problema é que essas colisões já foram feitas e analisadas na maior parte das faixas de massa que o bóson de Higgs poderia ter. E todas foram eliminadas com uma confiabilidade de 95%.

Agora só resta a estreita faixa entre 114 e 145 GeV (giga-elétron volts, uma medida de massa).

Nas próximas semanas, os cientistas vão terminar de coletar e analisar cerca de duas vezes mais dados do que analisaram para eliminar as outras faixas de massa - a coleta de dados deverá estar terminada até o final de Outubro.

Qualquer que seja a resposta, será uma resposta histórica: "De uma forma ou de outra, estaremos frente a frente com uma grande descoberta. E isto estará decidido até o final do ano," reafirma Sharma.

Mas, e se o bóson de Higgs não for encontrado? Então, uma série de hipóteses e novas teorias, que hoje são ditas alternativas, ou especulativas, passarão a receber muito mais atenção, e os físicos se sentirão encorajados a apresentar ideias ainda mais ousadas.

A história mostra que nenhuma nova teoria ganhou aceitação da comunidade científica sem antes passar pelas provas de fogo do descrédito e do tempo, essencial para que elas sejam "digeridas" e, quem sabe, aceitas.

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Super-Maratona das Partículas Elementares - Parte 1

LHC – A maior máquina já construída pelo homem

Acelerador e sensores

LHC é uma sigla para "Large Hadron Collider", ou gigantesco colisor de prótons. Parece difícil exagerar as grandezas desse laboratório construído a 100 metros de profundidade, na fronteira entre a França e a Suíça. A estrutura completa tem a forma de um anel, construída ao longo de um túnel com 27 quilômetros de circunferência.

As partículas são aceleradas por campos magnéticos ao longo dessa órbita de 27 Km, até atingir altíssimos níveis de energia. Mais especificamente, 7 trilhões de volts. Em quatro pontos do anel, sob temperaturas apenas levemente superiores ao zero absoluto, as partículas se chocam, produzindo uma chuva de outras partículas, recriando um ambiente muito parecido com as condições existentes instantes depois do Big Bang.

Nesses quatro pontos estão localizados quatro detectores. O Atlas, assim como o segundo detector, o CMS ("Compact Muon Detector"), é um detector genérico, capaz de detectar qualquer tipo de partícula, inclusive partículas ainda desconhecidas ou não previstas pela teoria. Já o LHCb e o ALICE são detectores "dedicados", construídos para o estudo de fenômenos físicos específicos.

Recentemente o experimento ALICE detectou cerca de 18.000 partículas depois de cada colisão entre os íons de chumbo.

Os cálculos indicam que os choques estão gerando temperaturas de até 10 milhões de graus.

A essas temperaturas, os cientistas calculam que a matéria normal derreta-se em uma espécie de "sopa" primordial, conhecida como plasma de quarks-glúons.

Os primeiros resultados das colisões de chumbo já descartaram uma série de modelos da física teórica.

"Estes primeiros resultados parecem sugerir que o Universo teria-se comportado como um líquido super-quente imediatamente após o Big Bang," diz o Dr. David Evans, coordenador do experimento ALICE.

Detector ATLAS

 Detector CMS

 Detector LHCb

 Detector ALICE

Bóson de Higgs – A “Partícula de Deus”

Quando os prótons se chocam no centro dos detectores as partículas geradas espalham-se em todas as direções. Para capturá-las, o Atlas e o CMS possuem inúmeras camadas de sensores superpostas, que deverão verificar as propriedades dessas partículas, medir suas energias e descobrir a rota que elas seguem.

O maior interesse dos cientistas é descobrir o Bóson de Higgs, a única peça que falta para montar o quebra-cabeças que explicaria a "materialidade" do nosso universo. Por muito tempo se acreditou que os átomos fossem a unidade indivisível da matéria. Depois, os cientistas descobriram que o próprio átomo era resultado da interação de partículas ainda mais fundamentais. E eles foram descobrindo essas partículas uma a uma. Entre quarks e léptons, férmions e bósons, são 16 partículas fundamentais: 12 partículas de matéria e 4 partículas portadoras de força.

O problema é que, quando consideradas individualmente, nenhuma dessas partículas tem massa. Ou seja, depois de todos os avanços científicos, ainda não sabemos o que dá "materialidade" ao nosso mundo. O Modelo Padrão, a teoria básica da Física que explica a interação de todas as partículas subatômicas, aposta tudo no Bóson de Higgs, a partícula fundamental que explicaria como a massa é gerada à partir da energia. É por isso que os cientistas a chamam de "Partícula de Deus".

O Modelo Padrão tem um enorme poder explicativo, visto que toda a nossa ciência e a nossa tecnologia foram criadas a partir dele. Mas os cientistas sabem que essa teoria cobre apenas o que chamamos de "matéria ordinária", essa matéria da qual somos feitos e que pode ser detectada por nossos sentidos.

O Modelo Padrão também não explica a gravidade. E não pretende dar conta dos restantes 95% do nosso universo, presumivelmente preenchidos por outras duas "coisas" que não sabemos ao certo o que são: a energia escura e a matéria escura.

É por isso que se coloca tanta fé na Partícula de Deus. Ela poderia explicar a massa de todas as demais partículas. O próprio Bóson de Higgs seria algo como um campo de energia uniforme. Ao contrário da gravidade, que é mais forte onde há mais massa, esse campo energético de Higgs seria constante. Desta forma, ele poderia ser a fonte não apenas da massa da matéria ordinária, mas a fonte da própria energia escura.

Para maiores detalhes sobre o LHC, visite o site oficial do CERN: http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/WhyLHC-en.html

 

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Super-Maratona das Partículas Elementares

Não Perca! Começa hoje a Super-Maratona das partículas elementares! Tudo Sobre Neutrinos, LHC, CERN, ELENA e muito mais. Os maoires projetos do mundo para acelerar, desacelerar e estudar partículas, tais como um super-telescópio na Antártida, aceleradores de partículas ultra-potentes e até uma máquina do tempo! Não perca de geito nenhum! Esta semana vai ferver!

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7 Coisas Surpreedentes Sobre o Universo

A cada dia, novas descobertas assustam e deixam os astrônomos mais perplexos. Muitas coisas que sabemos sobre o universo ainda não têm explicação, enquanto outras funcionam de maneira tão perfeita e misteriosa que fazem os cientistas crerem em ALGO MAIOR (DEUS!). Confira as 7 coisas mais interessantes sobre o universo em que vivemos:

1 – O universo é muito, muito antigo

O Universo se originou com o Big Bang, o qual os cientistas estimam que tenha ocorriso há cerca de 13,7 bilhões de anos atrás (com uma margem aproximada de 130 milhões de anos para mais ou para menos).

Os astrônomos fizeram esse cálculo através da medição da composição da matéria e densidade de energia no universo, o que lhes permitiu determinar quão rápido o universo expandiu-se no passado. Como resultado, eles puderam “voltar no tempo” e identificar quando o Big Bang ocorreu.

2 – O universo está se expandindo

Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble fez a descoberta revolucionária de que o universo não é estático, mas está se expandindo.

Por muito tempo se pensou que a gravidade da matéria no universo tornaria essa expansão lenta, ou até mesmo faria com que ela se contraísse.

Em 1998, o Telescópio Espacial Hubble estudou supernovas muito distantes e concluiu que, há muito tempo, o universo estava se expandindo mais lentamente do que acontece hoje. Esta descoberta intrigante sugeriu que uma força inexplicável, chamada energia escura, é o motor da expansão acelerada do universo.

Enquanto a energia escura pode ser a força estranha que está puxando o cosmos em velocidades cada vez maiores, ela continua a ser um dos maiores mistérios da ciência, já que sua detecção ainda permanece indefinida.

3 – O universo está acelerando

A misteriosa energia escura não só pode ser a condução da expansão do universo, como parece estar puxando o cosmos em velocidades cada vez maiores. Em 1998, duas equipes de astrônomos anunciaram que o universo não estava apenas em expansão, mas acelerando também.

Segundo os pesquisadores, quanto mais longe uma galáxia está da Terra, mais rápido ela está se afastando. A aceleração do universo também confirma a teoria de Albert Einstein da relatividade geral, e, ultimamente, os cientistas têm utilizado a constante cosmológica de Einstein para explicar a estranha energia escura que parece neutralizar a gravidade e fazer com que o universo se expanda em um ritmo acelerado. 

Três cientistas ganharam o Prêmio Nobel 2011 de Física por sua descoberta de 1998 de que a expansão do universo estava se acelerando. Veja sobre o assunto no Tópico: Prêmio Nobel de Física 2011 vai para aceleração da expansão do Universo.

4 – O universo pode ser plano

A forma do universo é influenciada pela luta entre a força da gravidade (com base na densidade da matéria no universo) e sua taxa de expansão.

Se a densidade do universo exceder um certo valor crítico, então o universo seria “fechado”, como a superfície de uma esfera. Isto implica que o universo não é infinito, mas não tem fim. Neste caso, o universo eventualmente irá parar de se expandir e começar a colapsar sobre si mesmo, em um evento conhecido como “Big Crunch”.

Se a densidade do universo for menor que o valor de densidade crítica, então a forma do universo seria “aberta”, como a superfície de uma sela. Neste caso, o universo não tem limites e vai continuar a se expandir para sempre.

No entanto, se a densidade do universo for exatamente igual à sua densidade crítica, então a geometria do universo é “plana”, como uma folha de papel. Nesse caso, o universo não tem limites e se expandirá para sempre, mas a taxa de expansão irá gradualmente se aproximar de zero depois de uma quantidade infinita de tempo. Medições recentes sugerem que o universo é plano, com uma margem de cerca de 2% de erro.

5 – O universo está cheio de coisas invisíveis

O universo é majoritariamente composto de coisas que não podem ser vistas. Na verdade, as estrelas, planetas e galáxias que podem ser detectadas representam apenas 4% do universo. Os outros 96% são substâncias que não podem ser vistas ou facilmente compreendidas.

Estas substâncias elusivas, chamada de energia escura e matéria escura, ainda não foram detectadas, mas os astrônomos baseiam sua existência na influência gravitacional que ambas exercem sobre a matéria normal.

6 – O universo tem ecos do seu nascimento

A radiação cósmica de fundo do universo é composta por ecos de luz que sobraram do Big Bang que criou o universo há 13,7 bilhões de anos de atrás. Esta relíquia da explosão coloca um véu de radiação em torno do universo.

Uma missão da Agência Espacial Europeia mapeou o céu inteiro à luz de micro-ondas para revelar novas pistas sobre como o universo começou. Essas observações são os pontos de vista mais precisos da radiação cósmica de fundo já obtidos.

Os cientistas esperam usar os dados da missão para resolver algumas das questões mais debatidas no campo da cosmologia.

7 – Pode haver mais de um Universo (O Multiverso)

A idéia de que vivemos em um multiverso, e que nosso universo é um dos muitos, vem de uma teoria chamada de inflação eterna, a qual
sugere que logo após o Big Bang, o espaço-tempo expandiu-se a taxas diferentes e em lugares diferentes.

Segundo a teoria, isso deu origem a “universos bolha” que poderiam funcionar com as suas próprias leis da física. O conceito é polêmico e era meramente hipotético, até que estudos recentes procuraram marcadores físicos da teoria do multiverso no fundo cósmico de micro-ondas, porém não encontraram nada de conclusivo. Se dois universos se colidiram, os pesquisadores afirmam que isso teria deixado um padrão circular para trás na radiação cósmica de fundo, algo que não foi detectado.

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