26 de dez de 2013

8 fotos do LHC, o maior acelerador de partículas do mundo

Conheça o Grande Colisor de Hádrons, onde os cientistas se esforçam em busca de descobertas e respostas para as lacunas da física moderna
 
O Grande Colisor de Hádrons
O LHC, o Grande Colisor de Hádrons, do CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear), é considerado o maior acelerador de partículas do mundo. É nele onde os cientistas se esforçam em busca de descobertas e respostas para as lacunas da física moderna. O LHC é uma estrutura subterrânea sob a fronteira franco-suíça, com 27 quilômetros de perímetro, enterrado 100 metros abaixo do solo. Apesar de acontecerem outros experimentos no acelerador, o que mais chama atenção atualmente é a pesquisa relacionada ao Bóson de Higgs, também conhecido como Partícula de Deus.
 
Caverna do LHC 
Atualmente, acontecem quatro experimentos no acelerador: Alice, que promove colisões entre íons de chumbo para criar condições de energia parecidas com o Big Bang; Atlas, que pode detectar a existência de outras famílias de partículas; CMS, um detector de propósitos múltiplos, como procurar dimensões extras do espaço; e LHCb, que investiga a diferença entre matéria e antimatéria. Nessa imagem, por exemplo, é possível ver a caverna do LHCb. É nesse local onde ficam as instalações do acelerador. O LHCb é um detector de partículas altamente especializado e elaborado de maneira específica para analisar essas partículas de vida curta e sua consequente deterioração. Portanto, o objetivo é desafiar as regras fundamentais e ajudar a estabelecer as bases da física moderna.
 
A simulação do Big Bang
No LHC é possível simular as condições do Big Bang, explosão que teria dado origem ao Universo há mais de 14 bilhões de anos. Isso porque, segundo a teoria moderna do Modelo Padrão, o Bóson de Higgs e o campo energético a ele associado foram responsáveis por conferir massa à matéria após o Big Bang. O Modelo Padrão descreve a matéria comum, da qual os planetas, estrelas, cometas, humanos e basicamente tudo o que é visível, são feitos. Ainda assim, isso só corresponde a 4% do universo. O Restante, 96%, é invisível – as chamadas matéria e energia escuras.
 
O túnel do LHC
O acelerador é capaz de colidir partículas, como prótons, quando dois feixes de energia são disparados em direções opostas. Assim, há como testar os limites desse Modelo Padrão e procurar pelas partículas que ainda não foram encontradas. Nessa foto, é possível ver parte do túnel que compõe a estrutura do anel do LHC. Por ele, os feixes de partículas são acelerados em uma velocidade muito próxima a da luz.
 
O Bóson de Higgs 
O Bóson de Higgs foi proposto há mais de 40 anos para explicar a origem das massas das partículas. Os cientistas sugeriram que todas as partículas não possuíam massa logo após o Big Bang. Conforme o cosmos esfriou, um campo de força invisível, o “campo de Higgs”, se formou com seus respectivos bósons (um tipo de partícula subatômica). O campo permanece no cosmos e qualquer partícula que interaja com ele recebe uma massa através dos bósons. Quanto mais interagem, mais pesadas se tornam.
 
Central de Computadores 
Após as colisões no LHC, uma enorme quantidade de dados é examinada por um exército de computadores. Os físicos vasculharam sistematicamente durante anos uma gama de massas dentro da qual o Bóson de Higgs deveria existir, por exemplo. Como decaí muito rapidamente, a partícula não pode ser observada diretamente, e os cientistas analisam vários canais possíveis de decaimento no acelerador.
 
Nível de energia 
Além disso, em busca dessas partículas, o LHC busca aprimorar seu sistema e aumentar o nível de energia. Em abril, por exemplo, o LHC conseguiu operar a 8 TeV (Um elétron volt (eV) é a energia adquirida por um elétron quando acelerado por meio de uma diferença de potencial de 1 volt por feixe). O nível foi muito superior ao anunciado em fevereiro, quando o LHC voltou a funcionar após dois meses de pausa. Durante os últimos dois anos, os feixes de prótons colidiam com energias de 3,5 TeV. Para alcançar esse nível de 8 TeV, o acelerador conseguiu colidir dois feixes de 4 TeV.

Pausa no fim do ano 
Steven Myers, um dos diretores de aceleradores e tecnologia no CERN, declarou que o bom funcionamento do LHC com um alto nível de energia apontou que é possível confiar no acelerador e aumentar sua potência, sem qualquer risco para a máquina. Assim, aumentam as chances de grandes descobertas serem feitas com ajuda do acelerador, cada vez mais potente. No fim de 2012, o LHC vai parar de funcionar por 20 meses a fim de ser preparado para operar com energia máxima para a qual foi desenvolvido. Porém, as pesquisas dos físicos não param. Enquanto peças são substituídas e o acelerador é aprimorado, os cientistas continuarão a análise de dados em busca de novas descobertas.
Fonte:Exame

Nova técnica para medir massa de exoplanetas

Até o momento, os cientistas detectaram a existência de mais de 1.000 exoplanetas em órbita de outras estrelas que não o nosso Sol. Para determinar se estes mundos distantes são habitáveis, precisamos de saber a sua massa - o que pode ajudar os cientistas a discernir se o planeta é feito de gás ou rocha e outros materiais de apoio à vida. Mas as técnicas atuais para estimar a massa exoplanetária são limitadas. A velocidade radial é o principal método usado pelos cientistas: pequenas oscilações na órbita da estrela à medida que é puxada pela força gravitacional do planeta, a partir das quais os cientistas podem derivar a relação de massa entre o planeta e a estrela. Para planetas muito grandes, com o tamanho de Netuno, ou mais pequenos como a Terra orbitando muito próximo de estrelas brilhantes, a velocidade radial funciona relativamente bem. Mas a técnica tem menos sucesso com planetas mais pequenos que orbitam mais longe das suas estrelas, tal como a Terra.
 
Agora, cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveram uma nova técnica para determinar a massa de exoplanetas, usando apenas o seu sinal de trânsito, diminuições na luz à medida que um planeta passa em frente da sua estrela. Esta informação tem sido tradicionalmente usada para determinar o tamanho de um planeta e suas propriedades atmosféricas, mas a equipe do MIT descobriu uma maneira de interpretá-la de tal forma que também revela a massa do planeta. Além da composição de um planeta, a sua massa pode fornecer um vislumbre da superfície do planeta e da sua atividade interna. A massa afeta tudo a um nível planetário, tal como placas tectônicas, o seu arrefecimento interno e convecção, o modo como gera campos magnéticos, e se o gás escapa da sua atmosfera.
 
Usando grandes telescópios como o Spitzer ou o Hubble, os cientistas foram capazes de analisar o espectro de transmissão de exoplanetas recém-descobertos. Um espectro de transmissão é gerado à medida que um planeta passa em frente da sua estrela, deixando escapar um pouco de luz pela sua atmosfera. Ao analisar os comprimentos de onda de luz que passam pela atmosfera, os cientistas conseguem determinar as propriedades atmosféricas de um planeta, tais como a temperatura e a densidade de moléculas. Da quantidade total de luz bloqueada, podem calcular o tamanho de um planeta.
 
Para determinar a massa de um exoplaneta usando espectroscopia de transmissão foi utilizado o efeito que a massa de um planeta tem na sua atmosfera, pois os espectros de transmissão dão informações sobre as propriedades atmosféricas do planeta. Para tal, trabalhou a partir de uma equação padrão que descreve o efeito da temperatura, força gravitacional e densidade atmosférica de um planeta sobre o seu perfil de pressão atmosférica, o modo como a pressão muda ao longo da sua atmosfera. De acordo com esta equação, sabendo qualquer destes três parâmetros revelaria o quarto parâmetro. Dado que a massa de um planeta pode ser derivada a partir da sua força gravitacional, a massa de um planeta por ser derivada a partir da sua temperatura atmosférica, perfil de pressão e densidade, parâmetros que, em princípio, podem ser obtidos a partir de um espectro de transmissão.
 
Para provar que a temperatura, perfil de pressão e densidade atmosférica de um planeta podem ser derivadas de forma independente a partir de um espectro de transmissão, foi demonstrado que cada parâmetro tem um efeito marcante num espectro de transmissão. Os pesquisadores realizaram novas derivações analíticas a partir dos primeiros princípios de transferência radiativa, e descobriu uma constante matemática do século XVIII, com o nome de constante Euler-Mascheroni, que ajuda a revelar os efeitos individuais de cada parâmetro. Esta constante atua como uma "chave de encriptação" para descodificar o processo pelo qual as propriedades da atmosfera de um planeta são incorporadas no seu espectro de transmissão.
 
Para testar o método foi aplicada a técnica a um exoplaneta recém-descoberto, conhecido como HD 189733 b, localizado a 63 anos-luz de distância. Com os cálculos foi obtida a mesma medição de massa como a realizada por outros usando a velocidade radial. Usando as especificações dos futuros telescópios espaciais de alta resolução, como o Telescópio Espacial James Webb, um instrumento concebido para estudar atmosferas exoplanetárias, os pesquisadores mostraram que a nova técnica será capaz de caracterizar a massa e propriedades atmosféricas de planetas mais pequenos, do tamanho da Terra.
Fonte: Astro News
Science

As nuvens de hidrogênio de M33

Crédito de imagem e direitos autorais: Adam Block, MT. Lemmon SkyCenter, U. Arizona

A maravilhosa galáxia espiral M33 parece ter mais do que seu brilho provocado pelo gás hidrogênio. Um membro proeminente do grupo local de galáxias, a M33 é também conhecida como a Galáxia do Triângulo e localiza-se a aproximadamente 3 milhões de anos-luz de distância da Terra. Seus 30000 anos-luz de diâmetro internos são mostrados nesse retrato telescópico da galáxia que realça as nuvens de hidrogênio ionizado avermelhadas ou as regiões conhecidas como HII. Espalhando-se ao longo de seus braços espirais que circundam em direção ao centro, as gigantescas regiões HII da M33, são consideradas como sendo um dos maiores berçários estelares conhecidos, ou seja, os locais onde se formam estrelas de vida extremamente curta porém muito massivas. A intensa radiação ultravioleta gerada pelas estrelas luminosas e massivas ioniza o gás hidrogênio ao redor e produz o característico brilho avermelhado observado. Para realçar essa imagem, dados de banda larga foram usados para produzir uma visão colorida da galáxia e foram combinados com dados de banda curta por meio de um filtro de hidrogênio-alfa, transmitindo a luz das linhas mais fortes de emissão de hidrogênio. Abaixo está uma versão monocromática da imagem acima e um vídeo que faz uma verdadeira turnê pelas nuvens de hidrogênio da galáxia espiral M33.
Fonte: http://apod.nasa.gov/apod/ap131226.html
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