6 de jul de 2012

Porque o bóson de Higgs dá sentido ao universo [partícula de Deus]

Na última quarta-feira (4), em uma coletiva de imprensa realizada no laboratório CERN (Organização Europeia de Pesquisas Nucleares) em Genebra, na Suíça, cientistas anunciaram o que pode ser a descoberta de uma das partículas elementares para a formação de tudo o que existe: o bóson de Higgs.
Há anos, pesquisadores trabalhando no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), o maior acelerador de partículas que existe, procuram o bóson, partícula que foi proposta pela primeira vez por Peter Higgs em 1964, 48 anos atrás.
Agora, duas equipes separadas do LHC – ATLAS e CMS – chegaram a resultados parecidos que estão em conformidade com as previsões teóricas sobre as partículas subatômicas do Modelo Padrão da Física, com a inclusão do bóson de Higgs. Isso indica que a partícula de fato existe. O bóson teria massa de 125.3 GeV, e os resultados têm o nível de certeza de 4,9 sigma (o ideal é 5 sigma, nível necessário para reivindicar uma descoberta, pois significa que há menos de uma chance em um milhão dos dados serem um acaso estatístico).

“Foi anunciada a descoberta de um bóson que pode ser o bóson previsto por Higgs há quase 50 anos. A beleza da descoberta vem não apenas da notável previsão teórica, baseada em alguns conceitos bastante simples de simetria, mas do avanço tecnológico que foi preciso fazer para comprovar a sua existência”, comenta a Prof. Dr. Carola Dobrigkeit Chinellato, do Grupo de Física Teórica (GFT), da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Tal êxito só foi possível com um enorme esforço e trabalho conjunto de milhares de pesquisadores, físicos, engenheiros e técnicos. “Acho que é mesmo um momento histórico”, diz. Apesar de muita gente achar que o bóson de Higgs é um caso certo, ainda é preciso ter cautela. Os cientistas estão tratando a descoberta como “muito provável”, e pediram tempo para analisar as informações. “Esta cautela é inteiramente justificável. Embora seja relativamente robusto, níveis de certeza maiores do que 4,9 já vieram a ser modificados pelos próprios dados experimentais. É preciso cuidado”, explica o Prof. Dr. Marcelo M. Guzzo, do Instituto de Física Gleb Wataghin, também da UNICAMP.

A “descoberta” e o Modelo Padrão da Física
O bóson de Higgs é a partícula pela qual supostamente tudo no universo obtém sua massa, inclusive nós, seres humanos. Sendo assim, a partícula era vista como crucial para que os físicos pudessem dar sentido ao universo. Só que ela nunca tinha sido observada por experimentos. Por conta de sua importância nos blocos de construção básicos do universo, o bóson recebeu o apelido de “partícula de Deus”, apelido que Guzzo não simpatiza. “Não gosto do nome ‘Partícula de Deus’, apenas se for pensado como uma espécie de brincadeira. Supondo que tenhamos, de fato, descoberto o Higgs, temos em mãos um quebra-cabeça muito mais completo rumo a uma compreensão das partículas elementares e suas propriedades. Isto é muito bom. Mas outras peças que são igualmente importantes neste quebra-cabeça nunca foram chamadas de ‘Partículas de Deus’”, argumenta.

O quebra-cabeça maior seria, por assim dizer, o Modelo Padrão da Física, uma espécie de “livro de instruções” que descreve como as partículas e as forças interagem no universo. Sem a existência do bóson de Higgs, ou seja, de uma partícula que desse massa a todas as outras, todo esse modelo poderia ir por água abaixo. Sendo assim, uma das grandes consequências da descoberta é o fortalecimento desta teoria em detrimento de teorias alternativas. “Podemos afirmar que nada muda no Modelo Padrão das Partículas Elementares. Pelo contrário. O bóson de Higgs fazia parte do Modelo Padrão que sai muito fortalecido por esta descoberta”, diz Guzzo. Agora, qualquer outro modelo alternativo ao Modelo Padrão terá que incorporar o Higgs, que passa a ter status de “evidenciado experimentalmente”.

E o bóson de Higgs também ajuda a explicar outras teorias, como a simetria de gauge. “Agora entendemos como a simetria de gauge, um dos pilares da construção do Modelo Padrão e que gera previsões estranhas como, por exemplo, que os bósons intermediários responsáveis pela interação fraca não têm massa, pode incorporar as massas destas partículas que foram encontradas experimentalmente já no início da década de 1970. Isto se dá através do Mecanismo de Higgs”, explica o professor. O badalado bóson de Higgs, então, foi encontrado (provavelmente). Mas o grande vencedor parece ser o Modelo Padrão da Física. “O conjunto começa a ficar muito interessante. Bonito mesmo! A ponto que eu gostaria de ver o Modelo Padrão ensinado nas escolas, como um conhecimento popular. É a consagração do Modelo Atomista que há milênios ronda o conhecimento humano”, opina Guzzo.

“Já há muitos anos nós aprendemos sobre a previsão da existência do bóson de Higgs, e ensinamos sobre ele para os nossos alunos. O anúncio dos resultados dos experimentos ATLAS e CMS é motivo de alegria para os físicos, e ainda mais para os físicos que trabalham na área de partículas elementares. Sentimos uma satisfação parecida com a de alguém que está montando um quebra-cabeça enorme e consegue achar a pecinha que estava faltando para completar o quadro”, comemora a professora Carola.
Fonte: Hypescience.com

Bóson de Higgs: o que é, o que faz, e o que fazer com ele

Nesta quarta-feira, 4 de julho de 2012, os cientistas do CERN, laboratório europeu de partículas de alta-energia, anunciaram que nos dados coletados em dois anos de colisões de prótons estão os rastros de uma estranha partícula, uma partícula que eles tem 99% de certeza de que é uma nova partícula, algo nunca visto antes em laboratório. O bóson de Higgs é um dos componentes do chamado Modelo Padrão da Física. O que nos leva a outras perguntas…  
 

Retrato de Família

A nossa história começa com a descoberta do elétron, em 1876, por J. J. Thompson. Em 1911 um outro inglês, Ernest Rutherford, propôs o primeiro modelo para o átomo, que seria composto por um núcleo e uma eletrosfera. Rutherford também foi o descobridor do próton, que ele achou que era uma partícula fundamental (ou seja, não composta de outras partículas).A descoberta de outras partículas nos anos que se seguiram levaram à criação de um modelo que usava partículas fundamentais, os léptons e quarks, para formar outras partículas. O próton, por exemplo, foi modelado como sendo composto por dois quarks e um anti-quark.

Além dos léptons e quarks, seis de cada, conjuntamente chamados de férmions e que estão envolvidos na formação de partículas, foram propostos quatro bósons, que estariam envolvidos nas interações das forças – a força eletromagnética, que seria intermediada pelos fótons, e as forças nuclear forte, intermediada pelos glúons, e nuclear fraca, intermediada pelos bósons W e Z. Para completar a família, haveria ainda uma partícula para intermediar a gravidade, o Gráviton (ainda não detectado), e o bóson de Higgs, que não participaria da constituição de nada, mas que seria responsável pela massa das outras partículas.

 

Bóson ou Campo? Os dois

Cabe aqui uma observação. O bóson de Higgs é o quantum de um campo, chamado campo de Higgs. Em outras palavras, o menor valor de um campo de Higgs é um bóson de Higgs, ou ainda, o campo de Higgs é feito de bósons de Higgs. E onde está este campo? Em todo o universo. Estamos todos mergulhados neste campo, que está em todos os lugares, sem faltar em lugar nenhum. A interação das partículas com o campo de Higgs é que daria a massa a estas partículas, e não só a elas, mas também aos intermediadores das forças (menos a força eletromagnética, intermediada pelo fóton, que tem massa zero, ou seja, não interage com o campo de Higgs).

Sem o campo de Higgs, não haveria massa, não haveriam átomos, não haveriam moléculas, não haveriam planetas, não haveriam estrelas, não haveriam reações químicas, não haveria vida, não haveria eu, nem haveria você. Voltando ao Modelo Padrão, as partículas fundamentais, todas elas, foram sendo encontradas, uma a uma, nos laboratórios. Só o bóson de Higgs que não. E isto era um problema. Sem encontrar o bóson de Higgs, ninguém sabia exatamente quais as propriedades dele. Algumas propriedades podiam ser previstas, mas outras, não. Ironicamente, a massa do bóson de Higgs era uma das propriedades que não podia ser prevista.
 

Caçada ao bóson, ou fogos de artifício para Higgs

Os modelos também prediziam uma outra coisa, para que o bóson pudesse ser detectado, seria necessário acertá-lo com uma cacetada de energia. Mais precisamente, com uma martelada maior que 1,4 TeV (tera elétron-volts), ou 10¹² elétron-volts. Parece bastante energia, mas só no mundo microscópico. Você vai precisar 100.000.000 TeV para acender uma lâmpada de 100W por um segundo. Ou, dito de outra forma, um mosquito voando tem 1 TeV. Só que um mosquito tem muitos, mas muitos prótons. Se você der esta energia toda para um só próton, e fizer ele bater de frente com outro próton que tenha também 1 TeV, o impacto vai destruir os dois prótons em uma chuva de partículas menores. Entra em cena o LHC (Grande Colisor de Hádrons).

Ele foi feito para colidir prótons com 7 TeV, ou seja, 5 vezes o valor mínimo teórico. Só que ele estava operando em 4 TeV, que não é sua capacidade plena, mas ainda é o suficiente para criar colisões interessantes. Dois anos colidindo partículas, e hoje temos o anúncio feito por duas das equipes do LHC de que eles tem 99,9% de certeza que descobriram uma nova partícula que tem todo o jeito de ser o bóson de Higgs.
 

Rescaldo, perspectivas

E agora, o que vai acontecer? Para que será usado o bóson de Higgs? Muita coisa, começando pela física teórica. A descoberta desta partícula a deixa à disposição dos cientistas para análise de suas propriedades. Já sabemos, por exemplo, que o bóson de Higgs tem massa de aproximadamente 133 prótons, ou 125 GeV/c² (sim, a massa está sendo expressa em termos de energia dividida pela velocidade da luz ao quadrado, m = E/c²), e este é só o começo.

O que mais dá para fazer com o bóson de Higgs, além de entender a natureza e o universo em um nível realmente profundo? Nada mais. Talvez da tecnologia usada para encontrar o bóson saia alguma coisa para o cidadão comum, mas o objetivo nunca foi este: sempre foi responder a perguntas essencias, como “do que é feito o universo”. O conhecimento é, sem sombra de dúvida, a maior aventura humana, e a descoberta do bóson de Higgs é parte desta aventura.
Fonte: hypescience.com

Uma família de nebulosas na Via Láctea

O telescópio WISE da NASA flagrou um ângulo diferente de uma família de nebulosas localizada na constelação de Órion, a mais visível do Hemisfério Norte nas noites de inverno. Na imagem, a enorme nuvem espacial ganha uma versão atualizada a partir de dados infravermelhos coletados pelo WISE. Os objetos mais frios, como a poeira das nebulosas, aparecem nas cores verde e vermelha.Os astrônomos estavam interessados em estudar as áreas mais brilhantes dessa região sem tanto brilho. Vista pela nova perspectiva, o campo espacial contém uma vasta nuvem de gás e poeira onde as estrelas nascem. No centro, podem ser vistas três nebulosas: da Chama, Cabeça de Cavalo e NGC 2023.

A Nebulosa da Chama é a mais brilhante da imagem, pois recebe em seu interior a iluminação de uma estrela que tem 20 vezes a massa do Sol e que só não é tão brilhante por causa da poeira ao redor, que a faz parecer 4 bilhões de vezes menor do que realmente é. A NGC 2023 é o círculo brilhante menor, logo abaixo da Nebulosa da Chama. A terceira delas, Cabeça de Cavalo, fica fora da borda da nuvem, à direita da NGC 2023. Ela não aparece direito por causa da poeira e dos raios infravermelhos usados pelo WISE, mas em luz visível vira uma nuvem escura sobre gases brilhantes.Duas estrelas do cinturão de Órion também podem ser vistas na foto: Alnitak ou Zeta Orionis, um astro triplo que fica a 736 anos-luz da Terra – aparece bem brilhante, de cor azul, à direita – e Alnilam ou Epsilon Orionis, uma supergigante azul que fica a 1.980 anos-luz daqui. Apesar de ela ter um raio duas vezes maior e uma luminosidade 275 mil vezes maior que o Sol, aparece com um brilho de pouca intensidade no canto à direita.
Outro objeto que chama a atenção na imagem é o arco vermelho. Ele rodeia a estrela Sigma Orionis, uma anã-azul logo abaixo de Aniltak, situada na "espada" que sai da cintura do caçador Órion, a 1.070 anos-luz de distância da Terra.Esse arco se move a uma velocidade de 2.400 quilômetros por segundo. Os ventos criados pelo movimento colidem contra o gás e a poeira e produzem uma onda de choque, cuja energia aquece a região e a faz brilhar em luz infravermelha.
Fonte: NASA

Vários microblazares são observados

© NRAO (galáxia ARP 220)

 Astrônomos encontraram evidências de centenas de buracos negros em uma galáxia a milhões de anos-luz de distância. A descoberta, feita com uma rede mundial de radiotelescópios, dá aos cientistas uma nova maneira de descobrir como os buracos negros são criados. Esses objetos, conhecidos pelos astrônomos como microblazares, foram teoricamente previstos mais de uma década atrás.

Os astrônomos acreditam que os microblazares são versões reduzidas dos faróis cósmicos conhecidos como blazares. Em um blazar, um buraco negro supermassivo abastecendo-se do gás denso no centro de uma galáxia cria jatos potentes que podem ser observados da Terra, se forem dirigidos para nós. Uma equipe liderada por astrônomos na Chalmers University of Technology e Onsala Space Observatory tem acompanhado os sinais de rádio a partir do núcleo da galáxia ARP 220, que está 250 milhões de anos-luz da Terra. Além de um número de supernovas, eles também descobriram algumas fontes que estavam à primeira vista difícil de entender.

Os cientistas acompanharam as três fontes de rádio peculiares por vários anos. Agora eles pensam que sabem o que está por trás dos sinais de rádio: jatos criados por buracos negros. Isto pode ser a emissão de rádio a partir de sistemas estelares binários em que uma estrela já explodiu e deixou para trás um buraco negro. O buraco negro absorve o gás de sua companheira, produzindo poderosos jatos que emitem ondas de rádio. Os jatos de buracos negros são visíveis a esta distância, se forem apontando diretamente em nossa direção. Provavelmente existem muitos outros sistemas como este nesta galáxia, mas seus jatos apontam em outras direções.

A galáxia ARP 220 já é famoso por criar novas estrelas a um ritmo furioso. Uma pesquisa anterior pela mesma equipe também demonstrou que existem muitas explosões de supernovas na galáxia, até 250 vezes mais do que na Via Láctea. Os astrônomos acreditam que os buracos negros são criados quando estrelas com massas mais do que cerca de 20 vezes a do o Sol explodem. Esta descoberta na ARP 220 colocará em breve essa idéia à prova. Apenas uma dúzia de buracos negros deste tipo são conhecidos na Via Láctea, e apenas alguns são conhecidos em outras galáxias.

A descoberta foi feita com uma rede de radiotelescópios ao redor do mundo, ligados entre si para criar imagens muito nítidas, usando a técnica de VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Os radiotelescópios podem acompanhar os acontecimentos nos centros densos de galáxias que estão por trás de grossas camadas de poeira, invisíveis a outros telescópios. A fim de descobrir quais são as fontes de rádio na ARP 220 a equipe fez medições em comprimentos de onda de rádio diferentes durante um período de 17 anos.
"Este resultado só surgiu depois de muitos anos de observações cuidadosas e melhorias nas técnicas de VLBI", diz Philip Diamond, membro da equipe e chefe do CSIRO Astronomy and Space Science, na Austrália.
Fonte: Astronomy & Astrophysics

Disco de poeir Anel rodeava estrela, mas imagens não o identificam mais; astrônomos não sabem o que aconteceu a que origina planetas 'simplesmente desapareceu'

Anel rodeava estrela, mas imagens não o identificam mais; astrônomos não sabem o que aconteceu

 Reprodução gráfica do que seria um anel de poeira em volta de uma estrela

Astrônomos do Observatório Gemini, de La Serena, no Chile, reportaram um caso curioso de "desaparecimento" na revista Nature. Segundo eles, o disco de poeira e gás que se formou ao redor de uma estrela parecida como Sol - e que pode ser um dos elementos responsáveis pela formação de planetas como a Terra - não está mais no local. E ninguém sabe o porquê. Normalmente, esses discos são formados por componentes que formam planetas rochosos como o nosso, diz Ben Zuckerman, um dos pesquisadores responsáveis pela descoberta. Compostos por material em temperaturas relativamente altas, as composições podem ser identificadas por telescópios que identificam luz infravermelha. O disco ao qual os astrônomo se referem rodeia a estrela TYC 8241 2652 e foi identificado pela primeira vez em 1983 por um satélite da Nasa, a Agência Espacial dos Estados Unidos. O anel brilhou por cerca de 25 anos, até que sua luz foi perdendo intensidade durante 2 anos e meio. Uma imagem registrada no último dia 1º de maio comprovou que a nuvem de poeira simplesmente desapareceu. A estrela é relativamente jovem, com apenas 10 milhões de anos, comparada ao nosso Sol já em meia-idade, com 4,6 bilhões de anos, disse Zuckerman. O anel era composto por "uma grande quantidade de pequenas partículas, trilhões e trilhões delas". "Muita poeira orbitando tão perto de uma estrela jovem significa que planetas como os que temos no nosso Sistema Solar estariam em processo de formação", disse ele. Mas, de repende, todos essas potenciais condições para a formação de planetas sumiram. "Não sabemos com detalhes de onde a nuvem de resíduos veio, e também não sabemos como ela desapareceu tão rapidamente", conclui o astrônomo. Especialistas apontam duas possíveis razões para o sumiço - a poeira pode ter sido atraída pela estrela ou ter sido afetada por outros corpos espaciais, embora nenhuma das teorias pareça provável. A TYC 8241 2652 estpa a cerca de 450 anos-luz da Terra. Um ano-luz corresponde a cerca de 10 trilhões de quilômetros, a distância que a luz viaja em um ano.
Fonte: ESTADÃO
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