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.

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?

Meus Livros

Frodo lendo

Hoje vou falar dos meu livros do autor Marcelo Gleiser, físico, astrônomo, professor, escritor e roteirista. Eu já contei sobre alguns livros dele e que eu já tinha, mas comprei mais dois para minha coleção. Não foram comprados recentemente, como eu não falei sobre eles ainda…

O primeiro foi o livro CRIAÇÃO IMPERFEITA – Cosmo, Vida e o Código Oculto da Natureza, do Marcelo Gleiser. O lançamento foi na Casa do Saber – há quatro meses atrás – onde teve uma apresentado com o Marcelo. No seu novo livro, Gleiser, um dos grandes cientistas da atualidade, desmonta o maior mito da ciência e da filosofia ocidentais: o de que a Natureza é regida pela perfeição. O físico brasileiro radicado nos EUA também contesta o discurso dos ateístas radicais, como Richard Dawkins, mostrando que a ciência não prova a inexistência de Deus.

Antes do lançamento, eu já tinha comprado outro livro dele o MUNDOS INVISÍVEIS – Da Alquimia À Física de Partículas. Um livro super interessante, onde o autor analisa os fenômenos físicos do micro para o macro, partindo das subpartículas do átomo para desvendar o universo.

Para explicar tudo isto, Gleiser parte da simples pergunta: “Do que tudo é feito?“. Logo nas primeiras páginas, o escritor nos apresenta a frase “O essencial é invisível aos olhos” – que eu já cite antes em Peiote – de Antoine de Saint-Exupéry, sugerindo a idéia de que geralmente não prestamos muita atenção naquilo que está ao nosso redor. Posteriormente, ele explica ao leitor como a partir da simples observação de um fenômeno natural, ou de algo que intrigava as pessoas, foi possível chegar às principais descobertas do conhecimento.

Sobre a minha coleção, tem um post que eu escrevi sobre esses livros, Meu Livros. Agora, a coleção conta com MACRO MICRO 2, A HARMONIA DO MUNDO, O FIM DA TERRA E DO CÉU e POEIRA DAS ESTRELAS, além dos dois acima.

Próton

O Próton pode ser menor do que pensavam. Uma nova medição dos prótons, a mais precisa até hoje, sugere que a partícula subatômica pode ser menor do que se pensava. Não sendo um erro, o resultado pode representar uma física de partículas totalmente diferente.

Achei a notícia interessante pela diferença que para um leigo chega a ser ridícula, o próton é 0,00000000000003 milímetro menor do que, pelo menos em teoria, deveria ser. Pode parecer ínfimo,mas a teoria em questão está longe disso. E o resultado pode implicar que a eletrodinâmica quântica (EDQ ou QED, de Quantum electrodynamics) seria falha. Justo ela, que foi chamada de “joia da física” por um de seus fundadores, o célebre físico norte-americano Richard Feynman.

A eletrodinâmica quântica basicamente descreve como a luz e a matéria interagem e é a primeira teoria em que se chegou a um bom acordo entre a mecânica quântica e a relatividade especial – publicada por Albert Einstein em 1905. A eletrodinâmica quântica descreve matematicamente todos os fenômenos envolvendo partículas com carga elétrica que interagem por meio da troca de fótons e representa a contrapartida quântica da eletrodinâmica clássica, descrevendo a interação entre matéria e luz.

Os prótons são um dos constituintes essenciais de todos os núcleos atômicos e, portanto, da matéria. Junto com os nêutrons, formam o núcleo de todo átomo no Universo.

Como a maioria dos objetos quânticos, um próton é indistinto em suas margens. Seu tamanho é definido pela extensão de sua carga positiva, não por uma clara fronteira física. O raio dessa carga não pode ser medido diretamente, mas pode ser inferido a partir do átomo de hidrogênio, formado por um próton e um elétron.

Existe um jeito de tornar essa medição mais acurada ainda, e foi justamente esse método utilizado pelos cientístas. Basta trocar o elétron por um múon. Essa partícula, também carregada negativamente, é maior que o elétron de forma que sua camada de energia fica mais próxima e se sobrepõe ao raio do próton.

Encontrar uma diferença em uma das mais bem-sucedidas teorias produzidas pelo homem não estava nos planos dos físicos teóricos. Parece que os dados são conclusivos, mas vamos com iremos explicar essas novas dimensões. O próton encolheu, mas aumentaram exponencialmente as dúvidas.

Grávitons

O que são grávitons? Segundo a Wikipédia, “Na Física, o Gráviton (português brasileiro) ou Gravitão (português europeu) é uma partícula elementar hipotética que seria a responsável pela transmissão da força da gravidade na maioria dos modelos da teoria quântica de campos.

A teoria postula que os grávitons sempre são atrativos (gravidade nunca repele), atuando além de qualquer distância (gravidade é universal) e vêm de um ilimitado número objetos. Portanto, se o gráviton existir, deve ser um bóson de spin par e igual a dois, e deve ter uma massa de repouso zero, segundo a Mecânica Quântica.

Explicação simples e direta, o gráviton é um pedacinho do nada criado para explicar a gravidade, podendo ser apenas fruto da imaginação dos físicos. E por falar em imaginação, temos no mundo Marvel, o vilão Graviton.

Durante um experimento, Franklin Hall foi sobrecarregado de partículas sub-graviton por causa de uma explosão em um acelerador de partículas que misturaram suas moléculas. Recuperando-se do acidente, Hall descobriu que podia controlar mentalmente gravidade.

E o gráviton é comentado em Jornada nas Estrelas, é uma partícula elementar que transmite a força da gravidade. É usado para uma variedade de efeitos envolvendo forças de atração/repulsão usados em raios tratores, para gerar a gravidade artificial em naves ou para criar anti-gravidade . O oposto de um gráviton é uma anti-gráviton.

Ainda segundo o universo de Jornada nas Estrelas,  o gráviton foi postulado na Terra pelos físicos no século XX como uma conseqüência da teoria da gravitação quântica. Na medida em que os grávitons são utilizados na produção de gravidade artificial , tanto as naves Vulcanas quanto nas naves da Terra estavam usando grávitons para fins práticos no final do século XX.

Até o século XXIV , as naves da Frota Estelar tinham a capacidade de produzir grávitons como um campo e/ou um feixe de uma nave espacial. (Star Trek: The Next Generation (TNG): “The Best of Both Worlds“; Star Trek: Voyager (VOY): “Caretaker“).

Bom, depois dessas explicações todas vem o motivo do post: Mário Novello, cosmólogo brasileiro propõe uma solução a um mistério que um dos grandes físicos da modernidade, o Prêmio Nobel norte-americano Steven Weinberg, da Universidade do Texas, chamou de “quebra-cabeça“. E, ainda, afirma que o gráviton deve ter uma massa. É uma afirmação audaciosa, sobre algo que os físicos nem são capazes de dizer que existe de fato.

Como explicar isso? Segundo Novello, o gráviton representa a coisa que existe em maior quantidade em todo o Universo. Dez elevado a cento e vinte, é o total de grávitons no Universo. Esse número gigantesco, em notação científica, fica mais elegante: 10120. Mas nem por isso menos absurdo. É apenas uma maneira econômica de escrever um “1” seguido por 120 “zeros”.

Caso suas conclusões sejam verdadeiras, os grávitons são a coisa mais abundante existente em todo o cosmos. Para que se tenha uma idéia, os físicos estimam que os fótons – as partículas de luz – sejam “apenas” 1080. Em contraste, os grávitons seriam 100 trilhões de bilhões de bilhões de bilhões (1040) de vezes mais numerosos.

Essa conclusão, publicada pelo físico num artigo na revista científica “Classical and Quantum Gravity“, chamou a atenção da comunidade científica. Foi um dos dez estudos mais lidos nessa publicação no ano passado.

Agora, o físico brasileiro, que trabalha no CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio, acaba de dar um passo além nesse esforço teórico. Num estudo ainda não publicado, ele conseguiu ligar um número que Weinberg chamou de “quebra-cabeça da constante cosmológica” à hipótese dos grávitons com massa.

Essa história toda entra tanto na relatividade geral e a mecânica quântica, as duas teorias fundamentais da física contemporânea. A primeira só diz respeito à gravitação, que interpreta como um fenômeno geométrico, derivado das próprias características do espaço-tempo (conjunto indissolúvel que agrega as três dimensões espaciais e a dimensão temporal).

A segunda abarca as três outras forças da natureza, que mantêm os núcleos atômicos coesos, explicam os processos radioativos e os efeitos elétricos e magnéticos. Para a mecânica quântica, as forças são carregadas por partículas. Por exemplo, as forças eletromagnéticas são transmitidas pelos fótons, pacotes mínimos de energia também chamados partículas de luz.

A concepção do gráviton , como a explicação acima, é justamente uma tentativa de conformar a gravidade ao esquema de mundo da mecânica quântica – esforço importante para entender objetos em que tanto os efeitos gravitacionais quanto os efeitos quânticos são importantes, como os buracos negros (astros tão densos que a gravidade impede até a luz de escapar deles).

Novello admite que a relatividade geral de Albert Einstein, concebida em 1915, não tem muito espaço para o gráviton em suas equações. No entanto, ele decidiu trabalhar com uma segunda versão da teoria, elaborada em 1917 pelo mesmo Einstein, onde  apresenta outra circunstância em que a constante cosmológica pode ser aplicada. Segundo ele, lambda pode muito bem representar o valor da massa do gráviton.

Fonte: Folha Online