A incerteza do princípio da incerteza

Realmente vivemos num mundo de incertezas, onde até a incerteza é incerta. A Era Quântica começa com Max Plank, quando ele diz que a luz não se apresenta de forma contínua, mas em pacotes, ao quais deu o nome de quantum ou quanta, no plural. Depois, Albert Einstein aproveita essa ideia e ganha o Nobel com o efeito fotoelétrico. Assim começou nossa primeira incerteza na ciência: se a luz não se comportava como onda, como tinha sugerido Maxwell, e nem em quanta, como sugere Plank, então como a luz se comporta?

Simples, pode se comportar tanto como onda quanto como partícula ou pacotinho ou quantum, mais conhecido como fóton. E o fóton é a menor quantidade de luz existente, ou seja, o fóton é uma partícula elementar, não pode ser mais “dividida” e pode ser “flex”, tanto onda como partícula, depende do seu humor.

Mas o princípio de Heisenberg, formulado em 1927, diz que não podemos determinar com precisão e ao mesmo tempo a velocidade e a posição de uma partícula. Se sabemos a velocidade não sabemos onde ela está e vice-versa. Segundo esse princípio um simples observador poderia interferir na medição de um experimento. Pode parecer loucura, mas é assim que é e ponto final. Mas, na física não existe ponto final, todas as teorias possuem reticências. Ainda bem, não é mesmo, pois assim evoluímos cada vez mais.

Vivemos num mundo incerto? Sim, mas …

Nos últimos tempos essa teoria, que ainda não havia sido comprovada experimentalmente. Cientistas mais pessimistas achavam que essa teoria era pessimista demais e decidiram refazer os cálculos e… surpresa! Ela continha erros matemáticos. Assim, usaram um aparato que avalia as interferências, mesmo que muito pequenas, com relação ao estado inicial. Utilizaram a polarização de um único fóton antes e depois de entrar no aparato e o resultado foi que a interferência da medição era tão pequena que não sustentava o princípio da incerteza.

“Cada execução nos dava apenas uma minúscula quantidade de informação sobre o distúrbio, mas, repetindo o experimento muitas vezes, nós pudemos ter uma ideia muito boa sobre quanto o fóton foi afetado,” disse Lee Rozema, um dos idealizadores do experimento.

Só resta saber se isso será reconhecido e confirmado, ou seja, continuamos na incerteza do Princípio da Incerteza.

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.

Bósons de Higgs ou Partícula de Deus?

Na realidade, essa partícula foi apelidada de “Partícula de Deus”, por ser o início de tudo. A partir dela é que existem outras partículas. Todos nós conhecemos a tabela periódica, não é mesmo? Na física temos uma “tabela periódica” também, que se chama Modelo Padrão. Mas, o que é o Modelo Padrão e do que é composto? O modelo Padrão é composto por partículas elementares. Todo o nosso Universo é composto de três tipos de partículas elementares, aliás, toda a matéria do Universo é composta dessas três partículas elementares: léptons, quarks e mediadoras. Como diz Maria Cristina Abdalla, no livro “O discreto charme das partículas elementares” (e você pode ler o resumo pelo link http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol6/Num1/charme.pdf ): “ um punhadinho de 61 delas é o suficiente para construir toda a matéria observada nesse Universo.” Só isso? Parece simples não é? Esse livro conta e ilustra muito bem a história dessas partículas elementares e vale a pena ler na íntegra. Partícula elementar recebe esse nome porque “dentro dela” não existe outra, ela é única. Lembram-se de quando se dizia que o átomo era indivisível? Claro que não lembram, faz muito, muito tempo. Pois é! Hoje sabemos que ele é constituído de prótons, elétrons e nêutrons e dentro deles existem outras partículas. Com exceção do elétron, que é considerada uma partícula elementar e foi a primeira delas a ser descoberta por Thompson, em 1897. Ele, inclusive, ganhou o Nobel por essa descoberta. Então, o elétron é uma partícula mediadora. O nosso Modelo Padrão contém 60 partículas, das quais12 são léptons, 36 quarks e 12 mediadoras. Entre elas existem, assim como as partículas, as antipartículas, iguais, mas com cargas opostas. Mas falta uma que ainda não está no MP, pois ainda não foi encontrada, o famoso Bóson de Higgs. Peter Higgs, em 1964, propôs essa partícula geradora de massa das partículas mediadoras. Mas, na física as coisas têm que ser provadas além das teorias matemáticas, e a prova final é feita através de experimentos. Por causa dessa partícula proposta, foi construído um acelerador especial, lá no CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear), chamado Large Hadron Collider e é exatamente o que o LHC está tentando fazer, encontrá-la. Ela é tão importante que foram gastos bilhões de dólares e uma equipe de 3000 físicos estão empenhados em sua busca. Como diz a doutora Maria Cristina Abdalla no seu livro: “o Higgs é uma espécie de rei, atribui massa a tudo que toca”. Se ele for encontrado, explicará muita coisa e a comunidade, principalmente de físicos e cientistas em geral, ficará muito, mas muito contente mesmo. Será que essa busca chegará ao fim? Quem viver verá!

Um filme sobre o livro da doutora M.Cristina Abdalla, pela Tv Cultura e protaqgonizado pelo Marcelo Tas, confiram!

Fonte da imagem:
http://rcristo.files.wordpress.com/2011/12/simulador-do-bozon-de-higgs .jpg?w=600&h=375

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”!