18 de set de 2015

O que é o bóson de Higgs?

Bóson de Higgs


É uma partícula subatômica que os físicos acreditam ser responsável por dar massa às demais. Sabe todo aquele papo de prótons e nêutrons que você aprende no colégio? Isso era tudo que se sabia sobre o mundo subatômico até mais ou menos 1930. De lá pra cá, os cientistas formulam teorias para entender melhor como as partículas subatômicas formam os átomos, a matéria e as forças que agem sobre ela. A principal dessas teorias é conhecida como Modelo Padrão e a descoberta do bóson serviu para comprová-la.

A comprovação dessa partícula vinha sendo perseguida desde 1964, até que, em 2012, finalmente um experimento atestou (com 99,9999...% de certeza) sua existência. A descoberta foi importante, porque a confirmação de um modelo hipotético abre novos horizontes para compreender o funcionamento do Universo e até a existência de novas partículas. Porém isso é só o começo, pois o Modelo Padrão só explica 4,6% do conteúdo do Universo.

UMA EXPLICAÇÃO PARA O MUNDO?

"Sem o bóson de Higgs, não seriam formados os átomos, e o Universo seria só um monte de partículas flutuando por aí"
1. Após o Big Bang, parte da energia irradiada se congelou, formando um éter que envolve tudo o que há no Universo, chamado de Campo de Higgs2. O Campo de Higgs (do qual o bóson é parte) criou uma espécie de viscosidade no vazio do espaço e fez com que as partículas interagissem umas com as outras3. Quando o bóson passa por entre as outras partículas, ele causa os efeitos de atração e repulsão entre elas. Resultado: as partículas ganham massa4. As partículas com afinidades entre si se combinam, formando os átomos

Os físicos François Englert e Peter Higgs publicaram artigos sobre a existência do que hoje conhecemos como bóson de Higgs em 1964. Os dois trabalhavam de forma independente e se encontraram pela primeira vez apenas no anúncio da descoberta da partícula em 2012. Eles foram laureados com o Prêmio Nobel de Física em 2013

A POLÊMICA
O apelido "partícula de Deus" veio em 1993, de um livro sobre o tema que teve o título trocado. Escrita pelo Nobel de Física Leon Lederman, a obra se chamaria The Goddamn Particle ("A Partícula Maldita"), em referência à dificuldade de encontrar o bóson. Mas o editor não curtiu a palavra "maldita" ("damn") e lançou como The God Particle. Embora a alcunha tenha ajudado a popularizar o tema, muitos físicos a criticam por sugerir o envolvimento de algo divino ou místico

A COMPROVAÇÃO
A dificuldade em observar o bóson é enorme: ele só aparece em níveis de energia realmente altos e se transforma em outras partículas muito rapidamente. Por isso foi preciso construir o LHC (Grande Colisor de Hádrons). Cientistas mediram os níveis de energia e interação entre as partículas após a colisão e compararam com as hipóteses já formuladas - os resultados bateram O que ele comprova Segundo o Modelo Padrão, o Universo é formado por 17 partículas básicas: o bóson, 6 quarks, 6 léptons e 4 partículas mediadoras

PARTÍCULAS MEDIADORAS
São responsáveis pela transmissão de força entre dois corpos. Os glúons transmitem a força nuclear forte, os fótons a força eletromagnética, os Bósons W e Z a força nuclear fraca e os grávitons a força gravitacional¿ O gráviton ainda vai demorar para ser observado. Sua força gravitacional é muito mais fraca do que as outras e isso dificulta a medição

QUARKS:Interagem com todas as quatro forças das partículas mediadoras. São seis: top, bottom, charm, strange, up e down (os dois últimos formam os prótons e os nêutrons)

LÉPTONS:Muito leves, não interagem com a força nuclear forte. São: elétron, múon, tau, neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau. 
FONTES: Fermi National Accelerator Laboratory, Scientific American, Pesquisa Fapesp

E se a história do Universo fosse convertida em um dia?


Universo


00:00:00 - SURGE TUDO
Idade do Universo - Quase zero
A explosão do Big Bang marca o início do nosso "dia". Segundo a física teórica, nesse momento, o Universo tem o tamanho infinitesimal de um planck (1.616199(97)×10-35 m). As forças fundamentais saem do equilíbrio, ganham aceleração, expandem-se em grandes volumes e depois se separam, formando o eletromagnetismo e as subpartículas atômicas.


00:00:01 - UMA DUPLA DO BARULHO
Idade do Universo - 380 mil anos
Em uma sopa de temperatura elevadíssima, composta de partículas subatômicas, como quarks e glúons, os prótons e nêutrons se formam e dão origem aos primeiros elementos: o hélio e o hidrogênio. A luz já avança livremente pelo espaço, limpando a névoa que cobre tudo.


00:03:09 - ALIMENTO DAS ESTRELAS
Idade do Universo - 30 milhões de anos
Modelos criados por cientistas em computadores mostram que, à medida que a sopa esfria, prótons e nêutrons começam a capturar elétrons, criando elementos de maior massa atômica, como carbono, oxigênio e nitrogênio. Eles são essenciais para a formação das primeiras estrelas, que já começam a ocupar a maior parte do espaço.


00:21:01 - PRETO COM UM BURACO NO MEIO
Idade do Universo - 200 milhões de anos
As estrelas tornam possível a sintetização de elementos mais pesados. A explosão de supernovas gera ainda mais estrelas - já há bilhões delas, além de nebulosas e poeira interestelar. Antes da meia hora, surge uma espiral ao redor de um enorme buraco negro: é a Via Láctea, nossa galáxia. Várias outras também estão aparecendo.


15:46:12 - OLÁ, VIZINHO!
Idade do Universo - 9 bilhões de anos
O Universo segue se expandindo e consolidando ao longo do dia. No meio da tarde, uma estrela emerge no Braço de Órion (um dos "tentáculos" da Via Láctea). Elementos liberados em sua formação são organizados por sua força gravitacional, gerando blocos de rocha cada vez maiores conforme se resfriavam: eis o início do sistema solar.


17:31:12 - NOSSA CASCA GASOSA
Idade do Universo - 10 bilhões de anos
No finzinho da tarde, forma-se o maior dos planetas sólidos do sistema solar: a Terra. Seu núcleo é um depósito de ferro em altas temperaturas e sua pequena gravidade atrai do espaço substâncias como metano, amônia e vapor de água. Desintegrados pela radiação solar, eles criam uma fina camada atmosférica de oxigênio.


19:16:12 - NA CALADA DA NOITE
Idade do Universo - 11 bilhões de anos
Impactos de cometas e asteroides causam intensa ação vulcânica, liberando substâncias como dióxido de carbono e nitrogênio, além de vapor de água. "Preso" pela camada de oxigênio, ele se condensa e nessa água aparece, enfim, a primeira forma de vida: bactérias anaeróbicas que absorvem o CO2, permitindo que o N2 domine a atmosfera.


20:19:12 - INSPIRAÇÃO E EXPIRAÇÃO
Idade do Universo - 11,6 bilhões de anos
Após milhões de anos de precipitação, as águas se tornam gigantescos mares, onde surge mais vida. Pela fotossíntese, bactérias e vegetais primitivos começam a liberar oxigênio, que reage com o ferro ao longo de milhões de anos, até se estabilizar. Quando o oxigênio corresponde a cerca de 10% da atmosfera, aparece o gás ozônio.


23:39:00 - A ASCENSÃO DOS PRIMATAS
Idade do Universo - 13,5 bilhões de anos
A humanidade se acha "a última bolacha do pacote", mas, comparados com a idade do Universo, somos quase nada. O Homo sapiens só pinta no finzinho do dia, na África. Eventualmente, sucede o Homo neanderthalensis e chega como dominante ao período Neolítico, criando a agricultura e a pecuária e dominando ferramentas.
Fonte: Mundo Estranho

O universo foi feito especialmente para nós: entenda por quê

sorte de viver num universo propicio para a vida

Para um ser humano, o universo pode parecer um lugar muito inóspito.
No vácuo do espaço, você iria sufocar rapidamente, enquanto na superfície de uma estrela você seria queimado como uma batata frita. E pelo que nós sabemos até agora, toda a vida está confinada a uma lasca de uma atmosfera em torno do planeta rochoso que habitamos. Mas, embora a origem da vida na Terra permaneça um mistério, há questões maiores para responder. Tipo: por que as leis da física permitem que qualquer vida exista em qualquer lugar que seja?  Espera aí. As leis da física? Será que elas são universais e a vida só existe por conta delas?  Lembre-se de que o universo é construído de peças fundamentais, partículas e forças, que são os blocos de construção de tudo o que vemos ao nosso redor. E nós simplesmente não sabemos por que essas peças têm as propriedades que têm. Há muitos fatos observacionais sobre o nosso universo, tais como elétrons que pesam quase nada, enquanto alguns de seus primos quarks são milhares de vezes mais maciços. Tem ainda a gravidade, incrivelmente fraca em comparação com as imensas forças que mantêm o núcleo atômico coeso. Por que o nosso universo é construído dessa maneira?

Isto significa que podemos fazer milhares de perguntas que começam com “e se..”. Estas suposições são de deixar qualquer um com frio na barriga. Por exemplo, e se o elétron fosse enorme e os quarks fossem fugazes? E se o eletromagnetismo fosse mais forte que a força nuclear? Em caso afirmativo, como seria o universo? Vamos considerar o carbono, um elemento forjado nos corações de estrelas massivas, e um elemento essencial para a vida como a conhecemos. Cálculos iniciais de tais fornalhas estelares mostraram que elas eram aparentemente ineficientes em fazer carbono. Em seguida, o astrônomo britânico Fred Hoyle percebeu que o núcleo do carbono possui uma propriedade especial, uma ressonância, que aumenta a eficiência em seu processo de produção. Mas se a intensidade da força nuclear do carbono fosse apenas uma fração diferente, ele não teria esta propriedade e deixaria o universo relativamente desprovido desse elemento – e, portanto, da nossa vida.

E a história não termina por aí.
Uma vez que o carbono é feito, ele está maduro para ser transmutado em elementos mais pesados, em especial de oxigênio. Acontece que o oxigênio, devido à intensidade de sua força nuclear, não tem as propriedades de ressonância particulares que aumentaram a eficiência da criação de carbono. Isto evita que todo o carbono seja consumido rapidamente. Quão inteligente o universo é? Isso resultou em um mundo com uma mistura quase igual de carbono e oxigênio, um bônus para a vida na Terra. Este é apenas um único exemplo. Nós também podemos brincar de “e se” com as propriedades de todos os dados fundamentais do universo. A cada mudança, podemos perguntar: “Como seria se isto fosse assim?”.

As respostas são bastante inusitadas.
A menor das mudanças resultaria em universos estéreis em termos de vida. Isso significa que o universo poderia ser sem graça, sem a complexidade necessária para armazenar e processar a informação central para a vida. Ou poderia se expandir muito rapidamente para a matéria se condensar em estrelas, galáxias e planetas. Qualquer vida complexa seria impossível em outras condições. É como se todas as variáveis do universo fossem uma grande loteria, e raríssimas combinações fossem premiadas com a vida. E, ao que tudo indica, nós somos os grandes vencedores – nosso bilhete estava acumulado.  As perguntas não param por aí. Em nosso universo, nós vivemos com o conforto de uma certa mistura entre espaço e tempo, e uma estrutura matemática aparentemente compreensível que sustenta a ciência como a conhecemos. Nosso universo parece se equilibrar em uma faca de ponta de estabilidade. Mas por quê?

Para alguns, se nós descobrirmos qual é a “Teoria de Tudo”, unindo a mecânica quântica com a relatividade de Einstein, todos os mistérios desaparecerão. Para outros, isso é um pouco mais do que ilusão. Há ainda quem busque consolo em um criador, um ser onipotente que deixou muito bem afinadas as propriedades do universo que nos permitem estar aqui hoje, amém. Há, no entanto, uma outra solução possível, guiada pelos pensamentos obscuros e confusos na borda da ciência. As supercordas sugerem que as propriedades fundamentais do universo não são únicas, mas são de alguma forma escolhidas por algum rolo cósmico de dados quando ele nasceu. Isso nos dá uma possível explicação para as propriedades aparentemente especiais do universo em que vivemos: nós não somos o único universo, mas apenas um em um mar semi-infinito de universos, cada um com seu próprio conjunto peculiar de propriedades físicas, leis e partículas, vidas e estruturas, em última análise, matemáticas. Só que, se tivermos como base as estatísticas de que falamos antes, a grande maioria destes outros universos no multiverso global estão mortos e estéreis.

Porque estamos aqui?
A resposta que parece mais óbvia para esta pergunta é que nos encontramos em um universo propício para a nossa própria existência. Em qualquer outro universo, nós simplesmente não estaríamos por perto nem para perguntar por que não existimos. Se a teoria do multiverso estiver correta, temos de aceitar que as propriedades fundamentais do universo conspiraram para possibilitar a nossa existência.
Fonte: Hypescience.com
[phys]

Explicado o estranho sinal de buragos negros em colisão

Esta simulação ajuda a explicar o estranho sinal de luz que se pensa estar a vir de um par coeso de buracos negros em fusão, PG 1302-1202, localizado a 3,5 mil milhões de anos-luz de distância. Crédito: Universidade de Columbia

Emaranhados pela gravidade e destinados a uma fusão, dois candidatos a buraco negro numa galáxia distante parecem estar numa dança intricada. Investigadores usando dados do GALEX (Galaxy Evolution Explorer) e do Telescópio Espacial Hubble obtiveram a confirmação mais convincente, até agora, para a existência de buracos negros em fusão e encontraram novos detalhes sobre o seu estranho e cíclico sinal de luz. Os candidatos a buraco negro, com o nome PG 1302-102, foram identificados pela primeira vez no início deste ano usando telescópios terrestres. Estes buracos negros são o par orbital mais íntimo já detetado até agora, com uma separação não muito maior que o diâmetro do nosso Sistema Solar. Espera-se que colidam e entrem em fusão daqui a menos de um milhão de anos, provocando uma explosão titânica equivalente a 100 milhões de supernovas.

Os cientistas estão a estudar este par para melhor compreender como as galáxias e os buracos negros gigantes nos seus núcleos se fundem - uma ocorrência comum no Universo jovem. Mas apesar da frequência desses eventos, são difíceis de detetar e confirmar. PG 1302-102 é um de apenas um punhado de bons candidatos a buraco negro duplo. Foi descoberto e anunciado no início deste ano por investigadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA, depois de terem examinado um estranho sinal de luz proveniente do centro de uma galáxia. Os investigadores, que usaram telescópios do CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey), demonstraram que o sinal varia provavelmente devido ao movimento de dois buracos negros, que giram um em torno do outro a cada cinco anos.

Embora os buracos negros, propriamente ditos, não emitam luz, o material em torno deles emite. No novo estudo, publicado ontem na revista Nature, os cientistas encontraram mais evidências para suportar e confirmar a dança íntima destes buracos negros. Usando dados ultravioletas do GALEX e do Hubble, foram capazes de acompanhar as mudanças nos padrões de luz do sistema ao longo dos últimos 20 anos. Tivemos a sorte de ter dados do GALEX para estudar," afirma David Schiminovich, coautor do artigo e da Universidade de Columbia em Nova Iorque. "Voltámo-nos para os arquivos do GALEX e descobrimos que o objeto tinha sido observado seis vezes. O Hubble observa no visível e noutros comprimentos de onda, particularmente o ultravioleta. Curiosamente, também já tinha observado o objeto no passado.

A luz ultravioleta foi importante para testar uma previsão de como os buracos negros geram um padrão cíclico de luz. A ideia é que um dos buracos negros do par está a emitir mais luz - está a devorar mais matéria do que o outro e este processo aquece a matéria e emite luz energética. À medida que este buraco negro orbita o seu parceiro a cada cinco anos, a sua luz muda e parece aumentar de brilho quando se dirige na nossa direção. É como se uma lâmpada de 60 watts de repente se transformasse numa de 100 watts," explica Daniel D'Orazio, autor principal do estudo da Universidade de Columbia. "À medida que o buraco negro se desloca na direção contrária à nossa, a lâmpada de 60 watts transforma-se numa de 20 watts.

O que está a provocar estas mudanças na luz? Um conjunto de alterações tem a ver com o efeito do "desvio para o azul", no qual a luz é espremida para comprimentos mais curtos à medida que viaja na nossa direção, do mesmo modo que a sirene de uma ambulância apita em frequências mais altas quando se dirige na nossa direção. Outra razão tem a ver com a enorme velocidade do buraco negro. O buraco negro mais brilhante, na verdade, está a viajar quase a 7% da velocidade da luz -- por outras palavras, muito depressa. Embora o buraco negro demore cinco anos a orbitar o companheiro, está a viajar distância enormes. Seria como se um buraco negro desse a volta ao nosso Sistema Solar estando à distância da Nuvem de Oort, em apenas cinco anos.

A velocidades tão elevadas como esta, conhecidas como velocidades relativistas, a luz torna-se mais brilhante. D'Orazio e colegas modelaram este efeito com base num artigo anterior e previram o seu aspeto no ultravioleta. Determinaram que, se o aumento e a diminuição periódica de brilho, anteriormente vista no visível, fosse, de facto, devido a um efeito de reforço relativista, então o mesmo comportamento periódico deveria estar presente em comprimentos de onda ultravioleta, mas ampliados 2,5 vezes. A luz ultravioleta do GALEX e do Hubble coincidiu, de facto, com as suas previsões. Estamos fortalecendo as nossas ideias sobre o que está a acontecer neste sistema e começando a compreendê-lo melhor," comenta Zoltán Haiman, coautor que concebeu o projeto, também da Universidade de Columbia.

Os resultados vão também ajudar os investigadores a compreender como encontrar buracos negros em fusão ainda mais íntimos, o que alguns consideram como o Santo Graal da física e a busca por ondas gravitacionais. Prevê-se que, nos momentos derradeiros que antecedem a união final entre dois buracos negros, quando giram muito próximos entre si como patinadores numa "espiral da morte", criem ondulações no espaço e no tempo. Chamadas ondas gravitacionais, cuja existência decorre da teoria da gravidade de Albert Einstein publicada há 100 anos atrás, contêm pistas sobre o tecido do nosso Universo. Os resultados também são uma porta de entrada para a compreensão de outros buracos negros em fusão pelo Universo, uma população que só agora começa a abrir mão dos seus segredos.
Fonte: Astronomia Online 


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