O Bóson mal comportado

Quem acreditava que a “descoberta” do Bóson de Higgs foi o fim das pesquisas, está muito enganado, pois agora é que a Física começa.

Estou exagerando: realmente a Física começou faz tempo, mas a Física quântica e a Física de Partículas são teorias mais recentes.

O quebra cabeça da Física está apenas começando. O Modelo Padrão e a “identidade” do bóson de Higgs ainda precisam ser confirmados. O Modelo Padrão explica do que é feita a matéria e como ela se comporta no interior, a nível subatômico. Mas será que se o Bóson for realmente confirmado e ele realmente se comportar como se espera, o Modelo Padrão estará salvo? Bom, vamos por partes, se o Higgs se comportar adequadamente já terá sido um grande passo para a Física e a ciência em geral.

Parece loucura, mas os físicos esperam que o Bóson não se comporte de maneira adequada. Se ele fizer isso, o Modelo Padrão terá sido confirmado. Mas haverá muitas questões abertas a serem respondidas em relação à criação do Universo. E você achou que ia ser fácil?

Se o Bóson de Higgs se comportar de maneira rebelde eles conseguirão avançar um pouco mais com relação ao início do Universo. Como assim? Vou explicar: Se o Modelo Padrão for completado, só explicaria a existência de 4% de todo o Universo e continuaríamos na mesma incógnita.

E os outros 23% de matéria escura e os 73% de energia escura, o que são?

Mais ainda: não saberíamos de onde surgiram as quatro forças fundamentais da natureza – a força eletromagnética, a gravitação, a nuclear forte e a fraca. Elas devem ter sido originadas de uma única força inicial e, através dela, é que se originou toda a matéria. No entanto, para que essa teoria seja expandida, foram previstas novas teorias que vão além do Modelo Padrão, prevendo mais partículas, ainda não detectadas.

Por enquanto, tudo indica que o Bóson de Higgs foi descoberto, mas pode existir um novo bóson, com uma energia maior e essa certeza só será confirmada em 2015, quando o LHC voltar a funcionar com potência total, depois de dois anos de reajustes. Então, aguardaremos ansiosos para saber se esse bóson vai se comportar bem ou não.

Esperemos que não, afinal quero saber o que são as energia e a matéria escura, você não?

Para maiores detalhes http://astropt.org/blog/2012/07/24/a-descoberta-do-bosao-de-higgs-e-um -inicio-nao-e-um-fim/

Afinal, encontramos o quê?

Foi a pergunta que o doutor diretor geral do Cern (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) Rolf-Dieter Heuer fez se referindo ao Bóson de Higgs. Imagine um nada. O vácuo, o vazio. Uma enorme imensidão…vazia.

Pois assim era o nosso Universo. E de repente, nesse aparentemente nada, existia um campo, que exercia uma força e a esse campo demos o nome de campo de Higgs. A partir desse campo foram surgindo partículas, que colidiam entre si, formando um bóson, o Bóson de Higgs.

Bóson é uma partícula mediadora, pois é ela que dá massa às outras partículas também chamadas elementares. Existem outros bósons, mas o de Higgs foi o primeiro, o que deu origem aos outros bósons e a todas as 60 partículas elementares.

O que são partículas elementares?

Falando de uma maneira simples e ndão científica, são partículas em que dentro delas não há nada, não se encontra nada, a não ser a força delas, ou melhor, energia.  Já sabemos que foram elas que criaram tudo, mas, de onde elas surgiram? Do campo citado anteriormente. Então, se não existisse o campo, não estaríamos aqui, nem existira nada no Universo, tudo continuaria um imenso vazio.

Além de ele dar sentido, ou melhor, massa para que as outras partículas fossem formadas, ele atua e dá sentido ao Modelo Padrão. Mas o que é esse Modelo Padrão?

O Modelo Padrão é o conjunto de todas essas 61 partículas (quaks, léptons e bósons) e é ele que descreve o universo, pois tudo o que existe nele é constituído dessas partículas. No inicio o nosso universo era constituído por essas partículas, que faziam parte de uma “sopa cósmica”.

Assim, o Higgs é o responsável por promover uma quebra de simetria e, cada partícula, em resposta a essa quebra de simetria, ganha uma massa particular. Temos 61 partículas, contanto o Higgs, que através de interações, formaram, em muito e muito tempo, o nosso Universo. Ainda falta uma partícula, o gráviton, pois ela é que vai conseguir unificar as teorias, mas isso é outra história.

Mas a grande incógnita da física, ou melhor, da ciência é, como disse Marcelo Gleiser : Como que surgiu a vida a partir do nada, da “não vida”? Nada? O vácuo é o nada e esse nada pode ser constituído pelo campo de Higgs, então do “nada” algo foi produzido. Fantástico não é mesmo?

Por causa do Bóson de Higgs houve uma quebra simultânea de simetria. Vou explicar melhor usando uma analogia. Numa sala há várias pessoas assistindo um espetáculo, todos em simetria olhando para o palco, de repente, entra uma pessoa muito famosa e todos da sala olham para essa pessoa e querem pedir autógrafos, fazer perguntas e tocá-la. Essa pessoa quebrou toda a simetria daquela sala. E foi isso que o Bóson de Higgs fez. Como a doutora Maria Cristina Abdalla diz, “ele é como se fosse um rei e todos querem interagir com ele”.

Então, resumindo, o Modelo Padrão descreve cada uma das partículas e suas interações, e a descoberta do Bóson de Higgs e do seu campo conseguiram dar veracidade ao Modelo Padrão, a princípio foi uma previsão teórica e depois, com a construção do LHC, houve a descoberta experimental e o sonho se tornou realidade, encontraram a partícula que deu origem a tudo.

 

Mas por que Partícula de Deus?

 

Na realidade, ela foi chamada, inicialmente de The goddam particle (partícula maldita) devido ao trabalho para ser detectada, tanto que foi construído o LHC (Large Hadron Colision). Decidiram que fosse mudado o seu nome para que ficasse mais legal. Um jogo de marketing.

Essa partícula, na realidade, dá uma estrutura para o vácuo, pois quando achávamos que não existia nada lá, aparece o Higgs com seu campo. Ela é diferente, é fundamental para entendermos de onde surgimos e de onde tudo surgiu.

Será que um dia vamos conseguir unificar tudo, todas as forças, ter uma teoria de tudo? Já conseguimos unificar as três forças, eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca, mas falta uma para unir tudo, a força gravitacional.

Mas ainda falta muita coisa para descobrirmos e há uma teoria que prediz os grávitrons, que são as partículas responsáveis pela força gravitacional, digamos assim. E essa teoria diz que estão num outro universo ou numa outra dimensão e nesse modelo teórico estão previstas 11 dimensões. Se quiserem ler mais sobre isso acessem http://fisicasemeducacao.blogspot.com.br/search/label/teoria%20M.

O ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) e CMS (Compact Muon Solenoid) estão tentando encontrar as dimensões extras, pois se supõe que os grávitons podem ter escapado por dimensões extras. Então vamos em busca das partículas assimétricas. E quem sabe um novo modelo padrão vai ser formado?

É confuso! É coisa de ficção científica, mas é real e fascinante. Agora, depois de tudo isso que leu, você se pergunta: qual a importância do Higgs em nossas vidas? Simples, sem o Higgs o nosso universo não teria acontecido.

Acelerador: Construção

Aceleradores de partículas – a construção

Depois de cavado nosso túnel, podemos colocar as coisas nos seus devidos lugares. Começaremos com o tubo de cobre, que fará um forte vácuo por dentro, para que as partículas viagem. Por que o cobre?

Simples. Porque ele é um ótimo condutor de eletricidade e magnetismo. Afinal, precisaremos de ambos.

O tubo de cobre tem que ser organizado de uma forma que forme uma série de células que chamamos de cavidades. E o espaço dessas cavidades é combinado com o comprimento de onda das microondas. Podemos usar tanto elétrons quanto pósitrons (antipartícula do elétron), pois passam em grupos por essa cavidade e esses grupos têm que ser impulsionados no tempo certo dentro do campo elétrico para as cavidades.

Nos cíclotrons é onde produzimos as microondas e, através dele, os elétrons viajarão com uma velocidade regular. Quando os elétrons variam a velocidade, eles emitem radiação na forma de microondas (e que radiação!)

Os imãs supercondutores são colocados ao longo do tubo e mantêm os feixes de partículas confinados e organizados bem no meio em uma série de polos alternados (positivo\ negativo).

E para a tão esperada colisão? Precisaremos de alvos, não é mesmo? Para esses alvos podemos utilizar finas folhas de metal. E, o mais importante, depois de todo esse trabalho…os detectores.

Pois, através deles conseguiremos ver as partículas e a radiação emitida por elas depois da colisão. Não esqueça de que isso tudo tem que ser feito no vácuo. Mas, por que o vácuo?

Em primeiro lugar, para evitar faíscas que danificariam as estruturas do nosso acelerador e evitar a perda de energia. Afinal, não queremos que nossos feixes de partículas colidam com moléculas de ar, não é mesmo? Se isso acontecesse o nosso experimento estaria perdido.

Ah! Não se esqueçam de manter o sistema de resfriamento em ordem: não queremos que a tubulação de cobre derreta ou se expanda, qualquer alteração será um desastre.

 

Os computadores e eletrônicos controlarão a fonte de partículas, os clístrons e os ímãs usados. Mas não são simples computadores, serão supercomputadores, com supermemórias para monitorarem os feixes, coletar registros, analisar dados e desligar o sistema em caso de uma emergência.

 

Os detectores e as Tvs estarão por todo o sistema, para monitorarem vazamentos. Agora nosso acelerador está pronto.

 

Então… bom “divertimento”!

E continua o Acelerador!

ENQUANTO ISSO, NO CIENTECNO… CONTINUAMOS COM O ACELERADOR DE PARTÍCULAS!

Para começarmos a construir nosso acelerador de partículas, vamos ter que saber um pouco sobre as partículas.

Bom, nos anos de 50 e 60 foram descobertas centenas de partículas menores do que as três já conhecidas: prótons, elétron e nêutrons.

E com o tempo, os aceleradores de partículas foram ficando cada vez maiores e a tecnologia cada vez melhor, possibilitando assim, que mais e mais partículas fossem descobertas.

Muitas delas sobrevivem por menos de um bilionésimos de segundo e outras se combinam entre elas, formando partículas cada vez mais estáveis. E foi assim que surgiu a nossa “Tabela Periódica das Partículas”, ou melhor, o nosso Modelo Padrão, através dessas detecções e observações.

Nós já conhecemos as quatro forças fundamentais que são:

– Nuclear Forte que mantém o átomo unido;

– Nuclear Fraca que faz parte do decaimento radioativo;

– Eletromagnetismo que faz a interação das partículas;

– Gravidade que é a força de atração entre massa e distância (essa todo mundo sente e conhece).

E, através dessas quatro forças que tivemos conhecimento das partículas e montamos nosso Modelo Padrão. Assim sendo, a matéria é dividida em:

– Léptons : Partículas Elementares que não matem o núcleo do átomo unido (ex. elétrons e neutrinos);

– Quarks: Ao contrário dos Léptons, mantém o núcleo unido;

– Antimatéria: as antipartículas, com as mesmas características das partículas, mas com cargas opostas;

– Hádrons: Partículas compostas (ex.prótons e nêutrons);

– Bósons – partículas carregadas que dão origem a outras.

E existem também os Férmions, que são os excluídos (coitadinhos), pois não são nem matéria e nem antimatéria. Então, você deve estar se perguntando: E o que eles são exatamente? São, simplesmente, Férmions e pronto!

 

 

 

 

 

Agora nós conhecemos um pouquinho das nossas partículas e podemos começar a nossa construção.

Iremos construir um acelerador linear, como o linac que está situado no Laboratório de Acelerador Linear de Stanford (SLAC), na Califórnia. E como o SLAC, precisaremos de 3 km de comprimento.

Decidi fazer ele linear, pois como eles fazem a mesma coisa que os circulares, só é mais fácil para cavar em linha reta do que em círculos não é mesmo? Nesse túnel colocaremos o nosso tubo de cobre, onde os nossos elétrons acompanharão as ondas que serão criadas pelos geradores de ondas (conhecido como clístrons).

Os eletroímãs é que vão manter as partículas alinhadas num feixe estreito até atingirem o alvo. E quando esse feixe atinge o alvo, no fim do túnel, os detectores irão registrar tudo, tanto as partículas quanto a radiação que será liberada.

Então, vamos começar cavando nosso túnel e colocando os devidos equipamentos, pois ainda tem mais coisas para fazer!

Como se quebram átomos?

Quando descobrimos, no início do século XX, que o átomo não era indivisível e que além de não ser indivisível era formado por partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons) ficaram maravilhados e pensaram: Devem existir mais coisas dentro dessas partículas, não é mesmo?

E com essa curiosidade que resolveram criar um experimento capaz de “quebrar” o átomo. E assim foi criado os Aceleradores de Partículas. Mas, como “quebravam o átomo? Muito simples, aliás, “quase muito simples”. Eles pegam uma partícula, como o elétron, por exemplo, aceleram quase a velocidade da luz e colidem ela com o átomo, descobrindo assim suas partes internas.

Nessas colisões são gerados feixes e radiações que foram detectadas e medidas, assim, através dessas informações sobre as partículas e as forças que mantinham o átomo unido e concluíram que existiam partículas muito menores, as chamadas partículas elementares.

Mas para saber como realmente funciona um Acelerador de Partículas tem duas alternativas: jogar uma TV do Empire State Building de Nova York (ele tem a altura necessária) e olhar os seus pedaços ao atingirem o chão ou, outra alternativa, construir o seu próprio acelerador. Então, se optou pela segunda opção, mãos à obra. Você vai precisar de:

–      Uma fonte de partículas para que sejam aceleradas.

–      Um tubo de cobre para que as partículas viajem dentro (não esqueça que todo o ar deve ser retirado, pois tem que viajar no vácuo)

–      Geradores de microondas para gerar ondas onde as partículas viajaram.

–      Eletroímãs, tanto convencionais como os supercondutores, para manter as partículas confinadas enquanto viajam pelo vácuo.

–      Alvos (átomos), para as partículas colidirem.

–      Detectores para que possam olhar os fragmentos e sua radiação lançada na colisão.

–      Aparelhos para remover todo o ar e a poeira do tubo do acelerador, são os conhecidos sistemas de vácuo.

–      Um sistema de resfriamento para o calor gerado pelos eletroímãs.

–      Computadores para controlar e analisar os dados. (Tem que ser um computador muito bom).

–      Sistema de blindagem para a proteção da radiação.

–      Um circuito fechado de TV para detectar a radiação dentro do acelerador.

–      Um sistema de energia elétrica para fornecer a energia necessária. (esse caso será mais difícil, pois não podemos contar com a Elektro).

–      Anéis que armazenam feixes das partículas que não estão sendo utilizadas.

Bom, anotou tudo? Então pode providenciar, pois no próximo artigo começaremos a construção do nosso Acelerador de Partículas.