Bosón de Higgs

Senhoras e senhores, apresento-lhes o bosón de Higgs! Comumente chamando de “partícula de Deus“, este corpo subatômico é essencial na explicação da origem da matéria. O bosón de Higgs era a única das 32 partículas fundamentais do Universo (prótons, nêutrons e elétrons, entre outras) previstas pelo Modelo Padrão da Física, formulado em 1964, que ainda não havia sido detectada, embora teoricamente seja responsável por dotar de massa todas as outras partículas.

Pois bem, a busca chegou ao fim. Cientistas do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN, sigla em frnacês de Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) apresentaram nesta quarta-feira seus últimos resultados, que indicam a descoberta de uma nova partícula subatômica compatível com as previsões teóricas do bosón de Higgs.

Para entender como os mais de 2 mil cientistas chegaram a essa conclução, vamos as explicações. Pela Teoria da Relatividade de Einstein e sua famosa equação E=Mc2, energia e matéria são intercambiáveis. Assim, como não é possível observar o mundo subatômico diretamente, por isso, os pesquisadores usam poderosos aceleradores para chocar feixes de matéria a velocidades próximas à da luz, procurando por assinaturas de energia que indiquem a formação das partículas subatômicas. As medições do Solenóide de Múon Compacto (CMS, sigla em inglês de Compact Muon Solenoid), no entanto, alcançaram uma margem de erro combinada de 4,9 desvios padrões (sigma), pouco menos que os 5 sigma convencionados para o anúncio de uma descoberta oficial, que significa uma probabilidade de mais de 99,9999% das medições estarem corretas.

Então os cientistas observaram um excesso de eventos na faixa de energia de 125,6 giga elétron-volt (GeV)/c2 com o nível de certeza de 5 sigma que seria uma evidência da formação do Bóson de Higgs nas poderosas colisões promovidas no Grande Colisor de Hádrons (LHC, sigla em inglês de Large Hadron Collider).

O Universo é luz

Sim, o universo é luz, ele é composto na sua maioria de partículas de luz. Para cada partícula de matéria no universo existem cerca de um bilhão de partículas de luz. Em outras palavras, o universo é feito quase inteiramente de luz.

Mas porque isso aconteceu? E ainda bem que aconteceu, porque por matéria designamos partículas como os elétrons e prótons, que formam átomos, pessoas, planetas e estrelas. Essa questão evoca um dos maiores problemas não resolvidos na física fundamental: por que resta matéria no universo?

Não deveria, porque as partículas de matéria, em vasta inferioridade numérica, parecem ser um minúsculo resíduo deixado da espetacular queima de fogos que ocorreu no segundo posterior ao Big Bang. Aquele momento fugaz viu a produção de quantidades praticamente iguais de matéria e antimatéria, combinadas em um plasma quente. À medida que o universo se expandia e resfriava, os antielétrons começaram a se fundir com os elétrons e os antiprótons a se fundir com prótons, convertendo-os em partículas de luz.

A lógica simple levaria a crêr que matéria e antimatéria se cancelavam mutuamente, deixando para trás um universo repleto de luz. Isso é um princípio básico da “simetria” entre matéria e antimatéria é a razão para que tenham sido criadas em volume igual no nascimento do universo. De acordo com as equações de Dirac, a antimatéria devia se comportar exatamente como a matéria comum, com a exceção de que portaria a carga elétrica oposta. Algo deve ter interferido para impedir que matéria e antimatéria se cancelassem de modo perfeito, e sem isso não estaríamos aqui para refletir sobre nosso notável universo. Mas o quê?

Recentes pesquisas feitas pelo Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern) utilizando um reator nuclear chinês, obtiveram resultados interessantes. O projeto Alpha, onde algumas dezenas de cientistas estudam pela primeira vez átomos de antimatéria. Enquanto, na China, o reator da baía de Daya, na província de Guangdong, perto de Hong Kong, foi usado para confirmar que os neutrinos podem em breve assumir posição central em nossa compreensão de como o universo surgiu.

A experiência Alpha, do Cern, é mais um esforço com o objetivo de descobrir essas sutis diferenças, mas o que torna o projeto Alpha especial é a singularidade do teste que ele pode executar. O Cern produz anti-hidrogênio desde 1995, mas apenas agora esses átomos podem ser desacelerados, aprisionados (usando ímãs) e estudados por sondas de micro-ondas.

A expectativa teórica é de que o hidrogênio e o anti-hidrogênio absorvam e emitam luz (micro-ondas são uma forma de luz) exatamente da mesma maneira. Os resultados até o momento confirmam a premissa, mas o projeto apenas começou e a experiência planeja realizar mensuração precisa; a descoberta de qualquer desvio entre o hidrogênio e o anti-hidrogênio seria nada menos que sensacional.

Até o momento, as experiências de Física de partículas se concentraram primordialmente nas diferenças entre os quarks e os antiquarks. Os mais recentes esforços quanto a isso foram liderados por cientistas que trabalham no projeto Beauty do Grande Colisor de Hádrons, no Cern, mas quarks não são a única possibilidade.

Os neutrinos também têm parceiros de antimatéria. Foram menos bem estudados, basicamente porque detectá-los é muito mais difícil; só nos últimos anos a situação começou a mudar.

A experiência com o reator da baía de Daya, na China, envolve contar o número de antineutrinos emanados de um reator nuclear; o resultado, publicado em 8 de março, fez uma contribuição decisiva ao demonstrar, sem sombra de dúvida, que os neutrinos também podem contribuir para o debate sobre matéria e antimatéria.

Os Neutrinos polêmicos continuam

A polêmica continua, os cientistas que verificaram que partículas que viajaram mais rápido do que a luz refizeram os experimentos com neutrinos e verificaram que a anomalia se mantém. Os teste foram feitos no entre o Cern, em Genebra, e Gran Sasso, em Roma.

Agora, os cientistas do grupo se sentem confiantes o suficiente para submeter o resultado à publicação num periódico científico. “Entre os que assinarão o artigo científico está Luca Stanco, do Instituto Nacional de Física Nuclear da Itália. Stanco integrava um conjunto de 15 cientistas do grupo Opera (o responsável pelas observações) que tinha se recusado a associar seu nome aos achados antes, por acreditar que poderia haver um erro de metodologia no trabalho.” Segundo a Folha.com.

Por outro lado, os cientistas do Icarus, outro projeto do Gran Sasso, agora argumentam que suas mensurações da energia dos neutrinos contradizem a leitura dos colegas. Com base em estudos recentemente publicados por dois importantes físicos norte-americanos, que os neutrinos transmitidos do Cern, teriam perdido a maior parte de sua energia se tivessem se deslocado a velocidade superior à da luz, mesmo que por margem ínfima.

E os cientistas do Icarus complementaram dizendo que o feixe de neutrinos testado por seus equipamentos registrou um espectro de energia correspondente ao que deveria exibir caso as partículas estivessem se deslocando no máximo à velocidade da luz.

Quem está com a razão? Lembrando que os resultados dos cientistas do grupo Opera derruba um dos principais conceitos da Física Moderna, proposto por Einstein: o de que nada se mova mais rápido que a luz. Para ele, o limite de velocidade cósmico de 300 mil km/s teria uma resistência quase intransponível a ser quebrado. Os objetos que se aproximassem dele ficariam cada vez mais maciços, até se aproximar de uma massa infinita – impossível de existir.

E aê? Einstein estava errado?

E aê? Einstein estava errado? Gostei do que o escritor Douglas Adams escreveu em O GUIA DO MOCHILEIRO DAS GALÁXIAS: “Nada no Universo ultrapassa a velocidade da luz. A única exceção são as más notícias, que obedecem a leis próprias“. Mas tem uns cientistas que discordam de teoria.

Pior que isso, discordam de um dos principais postulados da Teoria da Relatividade Especial, a de que nada pode viajar mais depressa do que a luz. Os cientistas estão pondo em xeque a Teoria da Relatividade Especial, de Albert Einstein.

Sério, um grupo do Cern anunciou ter flagrado neutrinos, um tipo de partícula subatômica quase sem massa e pouco interativa, ultrapassando o limite de velocidade do Universo. Caso a experiência seja comprovada, isso exigirá a revisão de grande parte da física moderna.

Os dados foram obtidos de um detector de partículas de 1,8 mil toneladas instalado no laboratório subterrâneo italiano de Gran Sasso. Batizado Opera, o equipamento detecta um feixe de neutrinos lançados pelas experiências no Grande Colisor de Hádrons (LHC), acelerador de partículas do Cern, a cerca de 730 quilômetros de distância. Chegou lá 60 bilionésimos de segundo mais adiantado do que a luz.

Parece pouco, mas esse tanto pode derrubar um dos principais conceitos da Física Moderna. Vamos ver se eles estão certos ou não.

Por enquanto, reservem suas passagens para viajar no tempo, porque novas terias poderão surgir, e nessa brincadeira as viagens estão de volta. Lembram do post que eu falava Acabaram as Viagens no Tempo? Pois bem, elas estão de volta. Até outros cientistas analisarem os dados coletados e darem o veredito final sobre o assunto.

Novidades Científicas

Não é bem novidade, mas, dados enviados elo satélite Goce (sigla em inglês de Explorador da Circulação Oceânica e do Campo Gravitacional) à ESA (Agência Espacial Europeia, em inglês European Space Agency), durante dois anos, possibilitaram o estudo preciso do campo gravitacional do planeta Terra.

O modelo da Terra ilustra como a força que sentimos sob nossos pés não é a mesma em cada ponto to planeta. A gravidade é mais forte nas áreas que aparecem pintadas de amarelo no globo, e diminui até chegar às áreas azuis.

Outra novidade – essa pode, até, gerar discussão. O Grande Colisor de Hádrons (LHC), criado para estudo de colisões de partículas, pelo Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), está perdendo para o antigo Tevatron, acelerador de partículas que fica em Illinois, EUA.

Parece que eles encontraram o misterioso bóson de Higgs, partícula prevista teoricamente mas nunca achada, que daria massa a outras partículas. Será? O blog Ars Physica comentou sobre isso em O Higgs, o Tevatron, a ICHEP e o LHC.

Edição extra: O blog Ars Physica comentou sobre esse assunto, veja o artigo Uma Nova Partícula?

Antimatéria

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Antimatéria, o oposta da matéria. Na física de partículas e na química quântica, a antimatéria é a extensão do conceito de antipartícula da matéria, por meio de que a antimatéria é composta de antipartículas da mesma maneira que matéria normal está composta das partículas.

Mas por quê falar de antimatéria? Porque um grupo de cientistas, no CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear), conseguiu pela primeira vez produzir e capturar átomos inteiros feitos de antimatéria.

Tudo muito interessante, mas antimartéria parece que veio da ficção científica. Não veio, tudo começou quando o físico britânico Paul Dirac resolveu em 1928 dar uma revisadinha na famosa equação E=mc2 e concluiu que Einsteinesqueceu” um detalhe. Segundo Dirac, Einstein considerou que a massa, o “m” na equação, era sempre positiva. Para o físico britânico, no entanto, o “m” poderia ter propriedades negativas também. Ao reescrever a equação, Dirac a definiu como: E = + ou – mc2. A conclusão dele era que deveríamos considerar a existência de antipartículas no nosso Universo.

Veio então, a explicação da origem dessa antimatéria, o Big Bang – a teoria mais aceita para a criação do Universo – diz que tudo se iniciou numa grande expansão. Em resumo, nos primeiros instantes o Universo não era constituído por matéria, mas sim por energia sob forma de radiação, então passou a expandir-se e, consequentemente, a esfriar. Pares de partícula-antipartícula eram criados e aniquilados em grande quantidade. Com a queda de temperatura a matéria pôde começar a formar hádrons, assim como a antimatéria a formar antihádrons, pois matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais.

Mas quando a matéria e a antimatéria se encontram, elas anulam-se gerando apenas energia nesse processo. Seria altamente provável, portanto, que logo após terem sido criadas, partículas e antipartículas se anulassem, impedindo que corpos mais complexos como hádrons, átomos, moléculas, minerais e seres vivos pudessem se formar. O que aconteceu? Pois estamos aqui agora!

Algo bizarro aconteceu, existem especulações sobre o que aconteceu, mas deixa para lá, o importante é que se você quer estudar antimatéria em laboratório, tem de fabricá-la você mesmo e o mais difícil, depois de obter algumas antipartículas, é guardá-las.

Qualquer recipiente convencional teria de ser feito de matéria, e o mero contato produziria a aniquilação total das antipartículas. A única maneira, conhecida, de preservar a antimatéria é por meio de campos magnéticos.

Outro grupo de cientistas do CERN já haviam criado nove átomos de anti-hidrogênio foram criados, cada um durando apenas 40 nanosegundos, em 1998. Mas agora conseguiram capturá-lo. Um anti-hidrogênio é composto de um pósitron e um antipróton, exatamente o oposto do hidrogênio que é composto de um próton e um eletrón. Os pósitrons são elétrons com uma carga positiva ao invés de negativa. Descobertos por Carl Anderson em 1932, os pósitrons foram a primeira evidência de que a antimatéria existe. E os antiprótons são prótons que possuem uma carga negativa ao invés da carga positiva normal, em 1955, pesquisadores de Berkeley Bevatron produziram um antipróton.

Os resultados estão na última edição do periódico científico Nature. A ideia, agora, é estudar os antiátomos em busca de pistas sobre propriedades fundamentais das partículas.

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Quão grande é o Universo?

Quão grande é o Universo? É a questão deste video, Cosmic Journeys: How Large is the Universe? (Jornada Cosmica: Quão grande é o Universo?)

O universo há muito nos cativa com suas imensas escalas de distância e tempo. Até que ponto ele estica? Onde isso vai parar e o que está além de seus campos de estrelas e fluxos de galáxias se estendendo tanto quanto os telescópios podem ver? Essas questões estão começando a produzir uma série de extraordinárias novas linhas de investigação e tecnologias que estão nos levando a explorar os reinos mais distantes do cosmos. Mas também no comportamento da matéria e da energia na menor das escalas. A resposta vem de uma teoria que descreve o nascimento do universo, no primeiro instante de tempo.