Inteligência Epistêmica

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Convivendo na MATRIX...

domingo, 22 de julho de 2012

Large Hadron Collider = LHC / bóson Higgs

Mas novas evidências sugerem que pode haver não apenas uma, mas cinco partículas divinas. Você pode até se perguntar “mas no que isso muda a minha vida”? Se existirem cinco partículas como a bóson Higgs, as leis da física serão mudadas. Primeiro é importante esclarecer que a partícula divina não tem nada a ver com Deus. O apelido vem da importância que ela tem para a física que conhecemos – é essa partícula sub-atômica que explica porque todas as outras partículas têm massa (em termos gerais). Por décadas cientistas tentam detectar “a bichinha”, mas até agora ninguém teve sucesso. A idéia de que pode existir mais de uma partícula divina vem de um experimento feito em outro acelerador de partículas, o Tevatron, localizado nos Estados Unidos (mais precisamente, em Illinois). O experimento, batizado de DZero, forçava colisões de prótons e antiprótons no Tevatron. As colisões produziram mais pares de partículas de matéria do que de anti-matéria – essa “assimetria” não pode ser explicada pelo modelo de física atual, mas pode existir se houverem múltiplas partículas de bóson Higgs. Elas teriam aproximadamente a mesma massa, mas cargas elétricas diferentes. O modelo físico atual pode explicar o que conhecemos como quatro forças fundamentais, a gravidade e a matéria (não a matéria escura, que, estima-se, forma 25% do universo), então muitos físicos já o consideram defasado. Um novo modelo, que englobasse novas partículas divinas, talvez pudesse explicar nosso universo com mais exatidão. As 5 maiores implicações em encontrar o bóson de Higgs A descoberta do bóson de Higgs e o fato de conhecermos sua massa tem implicações enormes para a física. Veja abaixo cinco delas: 1 – A origem da massa O bóson de Higgs é tido como a chave para resolver o mistério da origem da matéria. Ele é associado com um campo, que, adivinhe, tem o nome de campo de Higgs, permeando o universo. Conforme as partículas viajam através dele, elas adquirem massa, assim como nadadores atravessando uma piscina ficam molhados. “O mecanismo de Higgs é o que nos permite entender como as partículas ganham massa”, afirma João Guimarães da Costa, físico de Harvard e especialista no Modelo Padrão da física no LHC. “Se não houvesse tal mecanismo, tudo seria sem massa”. Se os físicos confirmarem a existência do bóson, a descoberta também confirmaria esse mecanismo. E talvez ofereça pistas para o próximo mistério, que é por que cada partícula tem uma massa específica. “Isso pode ser parte de uma teoria enorme”, afirma outra física de Harvard, Lisa Randall. 2 – O Modelo Padrão O Modelo Padrão da Física é a teoria reinante das partículas físicas, tratando dos menores constituintes do universo. Toda partícula prevista nesse modelo já foi descoberta, com exceção de uma: o bóson de Higgs. “É a parte que falta no Modelo Padrão”, comenta Jonas Strandberg, um pesquisador do LHC. “Então, seria uma confirmação de que as teorias que temos estão corretas. Se não acharmos o Higgs, significa que fizemos algumas acepções erradas, e vamos ter que começar de novo”. Mas o Modelo Padrão não é completo. Ele não abrange a gravidade, por exemplo, e também deixa de fora a matéria escura – que se imagina cobrir 98% do universo. “O Modelo Padrão descreve o que já mensuramos, mas sabemos que não há a gravidade ali, nem a matéria escura”, afirma outro físico do colisor, Willian Murray. “Estão estamos ansiosos para expandir isso e incluir mais coisas”. 3 – Força eletrofraca A descoberta do bóson de Higgs também ajudaria a explicar como duas forças fundamentais do universo – a eletromagnética, que governa as interações entre partículas carregadas, e a fraca, responsável pela queda radioativa – poderiam ser unidas. Toda força na natureza está associada com uma partícula. A associada com o eletromagnetismo é o fóton. A força fraca está associada com os bósons W e Z, que têm muita massa, ao contrário do fóton. O mecanismo de Higgs é tido como o responsável por isso. “Se você introduzir o campo de Higgs, os bósons W e Z se misturam nele, e através disso ganham massa”, comenta Strandberg. “Isso explica porque os bósons W e Z têm massa, e também unifica a força eletromagnética e a fraca na força eletrofraca”. Apesar de outras evidências terem ajudado na união das duas, a descoberta de Higgs fecharia o acordo. “Isso já é bem sólido”, afirma Murray. “O que queremos é encontrar a prova maior”. 4 – Supersimetria Outra teoria que será afetada com a descoberta do Higgs é a da supersimetria. A ideia é que toda partícula conhecida tem uma “superparceira”, com leves diferenças. Essa teoria é interessante pois pode ajudar a unificar algumas das forças da natureza, e até eleger um candidato a partícula que forma a matéria escura. Dependendo da massa do bóson de Higgs, pode dar crédito à supersimetria ou dúvida a ela. “Se o bóson de Higgs tiver pouca massa, que por enquanto é única janela aberta, isso tornaria a supersimetria uma teoria viável”, comenta Strandberg. “Mas ainda teríamos que provar sua existência”. 5 – Validação do colisor de partículas O Grande Colisor de Hádrons é o maior acelerador de partículas do mundo. Ele foi construído com cerca de 18 bilhões de reais da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN). Encontrar o bóson de Higgs é um dos objetos maiores da empreitada. A descoberta do Higgs daria validação ao LHC e aos cientistas que vêm trabalhando na pesquisa por muitos anos. “Se o Higgs eventualmente for descoberto, será um grande passo”, afirma Guimarães da Costa. “É importante para o campo, porque construir essas máquinas custa muito dinheiro, e você precisa justificar isso. Se conseguirmos essa importante descoberta sobre o universo, é uma justificativa do porquê do investimento”. A descoberta também teria implicações para o cientista Peter Higgs e seus colegas, que propuseram o mecanismo Higgs em 1964. “É certo que várias pessoas vão ganhar o prêmio Nobel”, comenta Vivek Sharma, físico da Universidade da Califórnia, e líder da busca pelo Higgs no LHC. O que é o Bóson de Higgs? Segundo teorias da Física que aguardam comprovação definitiva, Higgs é uma partícula subatômica considerada uma das matérias-primas básicas da criação do Universo. Existe uma teoria quase completa sobre o funcionamento do Universo, com todas as partículas que formam os átomos e moléculas e toda a matéria que vemos, além de partículas mais exóticas. Esse é o chamado Modelo Padrão. Mas há um "buraco" na teoria: ela não explica como todas essas partículas obtiveram massa. A partícula de Higgs, cuja teoria foi proposta inicialmente em 1964, é uma explicação para tentar preencher esse vácuo. Segundo o Modelo Padrão, o Universo foi resfriado após o Big Bang, quando uma força invisível, conhecida como Campo de Higgs, formou-se junto de partículas associadas, os Bósons de Higgs, transferindo massa para outras partículas fundamentais. Por que a massa é importante? A massa é simplesmente uma medida de quanto qualquer objeto - uma partícula, uma molécula, um animal - contém em si mesmo. Se não fosse pela massa, todas as partículas fundamentais que compõem os átomos e os animais viajariam pelo cosmos na velocidade da luz, e o Universo como o conhecemos não seria agrupado em matéria. A existência dos átomos e por consequência, da vida, não seria possível. A teoria em questão propõe que Campo de Higgs, permeando o Universo, permite que as partículas obtenham massa. Esse processo pode ser ilustrado com a resistência que um corpo encontra quando tenta nadar em uma piscina. O Campo de Higgs permeia o Universo como a água enche uma piscina. Há quanto tempo os cientistas estão procurando o Bóson de Higgs? Há mais de duas décadas. O trabalho já envolveu milhares de cientistas que trabalharam no chamado LEP, o antigo acelerador de partículas do laboratório CERN, na Suíça e no Tevatron, do laboratório Fermilab, nos Estados Unidos, que foi fechado recentemente. Atualmente a busca acontece no LHC (sigla em inglês para Grande Colisor de Hádrons), do CERN. Como os cientistas estão procurando o Bóson de Higgs? Literalmente arremessando partículas subatômicas umas contra as outras a velocidades altíssimas, perto da velocidade da luz. Ao fazer isso, recriam a energia que existia no início do universo e produzem diversas novas partículas, entre elas, em teoria, o Bóson de Higgs. A caça ao Higgs é uma das razões que levaram à construção do imenso acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), do Cern (Centro Europeu para a Pesquisa Nuclear), na Suíça. O LHC esmaga dois feixes de prótons próximos à velocidade da luz, gerando uma série de outras partículas. É possível que o Higgs nunca seja observado diretamente, mas os cientistas esperam que ele exista momentaneamente nessa "sopa" de partículas. Se ele se comportar como os pesquisadores esperam que ele se comporte, pode se decompor em novas partículas, deixando um rastro de provas de sua existência. Caso seja produzido a partir das bilhões de colisões no LHC, o Bóson rapidamente se transformará em partículas de massa menor e mais estáveis. Serão essas partículas os indícios que os físicos poderão usar para comprovar a existência do Bóson, que aparecerão como ligeiras variações - como a anunciada em 2012 - em gráficos usados pelos cientistas. Portanto, a confirmação definitiva se dará a partir de uma certeza estatística. E o que o Bóson de Higgs tem a ver com o Big Bang? Tudo. Há 13,7 bilhões de anos, o Big Bang criou o universo com partículas sem energia e radiação. A teoria diz que uma fração de segundo após a grande explosão, parte dessa radiação se congelou em um campo chamado de campo de Higgs. Com mais alguns segundos o universo começou a esfriar e as partículas começaram a adquirir massa a partir de sua interação com o campo de Higgs. Por que ela é chamada “a partícula de Deus”? É o título de um livro do prêmio Nobel de Física Leon Lederman que conta a busca pelo bóson de Higgs. No livro, Lederman conta que o editor do livro não deixaria ele colocar o nome de esta “maldita” partícula, o que seria mais apropriado dado o tamanho da despesa e sua natureza, digamos, difícil de ser constatada. O professor da Universidade de Edimburgo Peter Higgs é o responsável pela teoria do campo e bóson que levam seu nome Por que a partícula se chama Higgs? Peter Higgs (1929) é um físico inglês. Professor emérito da Universidade de Edimburgo, na Escócia, é um dos pais do bóson de Higgs, embora não goste de ser chamado assim. Ele foi um dos cientistas que propôs em 1964 o que ficou conhecido como mecanismo de Higgs que prevê a existência do campo (e do Bóson) de Higgs que por sua vez é a responsável pela massa de todas as partículas existentes atualmente no universo. O Bóson de Higgs é uma peça fundamental do chamado Modelo Padrão da Física. O que é o Modelo Padrão? É o modelo criado pelos físicos de partículas para explicar a dinâmica das partículas subatômicas. Os físicos assumem que ele está correto pois suas previsões teóricas ao longo dos últimos 40 anos de resultados experimentais tem sido acertadas. Ele, no entanto, não explica tudo, deixando de fora, por exemplo, a força da gravidade. E se a partícula que foi encontrada não for o Bóson de Higgs? Caso se comprove que o Bóson de Higgs não existe, a teoria do Modelo Padrão teria de ser reescrita. Isso poderia abrir caminho para novas linhas de pesquisa, que podem se tornar revolucionárias na compreensão do Universo, da mesma forma que uma lacuna nas teorias da Física acabou levando ao desenvolvimento das teses da mecânica quântica, há um século. Fabiola Gianotti, porta-voz do ATLAS, e Joe Incandela, porta-voz do CMS, examinam os resultados de seus experimentos durante seminário no Cern. Cientistas anunciaram que descobriram a existência de uma nova partícula subatômica que se comporta como o Bóson de Higgs. Ao colidir prótons, pesquisadores do CMS e do ATLAS - dois grupos de pesquisa que trabalham de forma independente em busca de Higgs - conseguiram criar no Grande Colisor de Hádron, no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em francês), em Genebra, uma partícula com massa de 125,3 Gev. A nova partícula está na região de massa 125-126 GeV. A observação do ATLAS foi em 126 GeV e a do CMS em 125 GeV. A medida GeV é o padrão para a massa das partículas subatômicas. Um GeV é equivalente a massa aproximada de um próton. Físicos afirmam que o anúncio em 2012 que pesquisadores do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em inglês) observaram uma nova partícula subatômica com características semelhantes ao Bóson de Higgs marca a história da Física e promete ser o início de novas descobertas sobre a origem do universo. A partícula comprovaria o modelo teórico que explica por que algumas partículas têm massa e outras não, uma etapa importante para entender a origem do Universo. "Estamos agora entrando na era da medição de Higgs e isto é só o começo,” disse Fabiola Gianotti, porta-voz da equipe ATLAS, um dos dois grupos do Cern que buscam o bóson, durante a apresentação dos resultados em Genebra, na Suíça. Pesquisadores que madrugaram para acompanhar a apresentação do Cern em um evento na Unesp (Universidade Estadual de São Paulo) na capital paulista afirmaram que esta seria a maior descoberta na física de partículas dos últimos 45 anos, desde que o modelo foi teorizado. Sergio Novaes, que em 1982 publicou um trabalho sobre como seria possível descobrir o Bóson de Higgs, estava emocionado. "Eu não tenho muita dúvida de que em termo de física de partícula é o evento mais importante dos últimos anos e espero que seja só o começo de novas descobertas", disse o brasileiro, líder do SPRACE, projeto da Unesp que armazena e analisa dados do CMS no Brasil, que está em uma conferência na Austrália pelo Cern. O CMS é o outro grupo do Cern que analisa os dados do acelerador de partículas do Cern, o Grande Colisor de Hádrons (na sigla em inglês, LHC). "Também me admirou o anúncio do Cern, pois esperava que ele fosse ser mais cauteloso ao invés de seguir a tendência do Atlas e do CMS,” disse. Novaes afirma que com medições tão convincentes dos dois grupos, não há mais como recuar sobre a existência da nova partícula. Inicialmente, na teoria da física das partículas não existia o conceito de massa, porém se observava em laboratório que as partículas como os elétrons e prótons de um átomo tinham massa. Era, portanto, importante que se tivesse uma teoria que explicasse a geração de massas, como o mecanismo de Higgs. Desde o começo da formulação desta teoria, na década de 1960, novas partículas foram descobertas, como os quark. A única partícula que faltava fechar este círculo de descobertas era o Bóson de Higgs. "Agora temos evidências de que existe de um Bóson de Higgs. Ela é bem coerente com a teoria, porém, para que se possa dizer que isto é realmente o Higgs será necessário analisar todos os canais de decaimento e medir todos eles. Estas probabilidades deverão ser explicadas por cálculos a partir do Modelo Padrão. Então este não é o fim do caso. É um trabalho que ainda vai levar mais alguns anos" disse Hélio Takai, físico do Brookhaven National Laboratory, nos Estrados Unidos. O pesquisador afirma que se a nova partícula for realmente o Bóson de Higgs, como parece ser, a descoberta vai permitir a exploração de outras teorias e prever a existência de outras partículas. O LHC vai funcionar até o fim de 2012 com oito TeV de energia usada para produzir as colisões de prótons. Em 2013, ele ficará paralisado para manutenção e aumento de sua potência e voltará a funcionar em 2014 com 14 TeV. Isto aumentará a precisão das análises. Pedro Mercadante, um dos integrantes do Sprace (Centro de Análise de São Paulo, grupo experimental da Unesp que integra o CMS), explica que o modelo padrão apresentado por Higgs não explica uma série de questões, como a gravidade por exemplo, mas prevê a existência do Bóson de Higgs até altas quantidades de energia, como o Big Bang, por exemplo. "Este modelo não consegue explicar tudo. Ele não inclui uma série de questões como a gravidade, por exemplo. Por isso acreditamos, que os estudos do Cern podem criar novos modelos", disse. “A sensação do anúncio é de que estamos apenas no começo, pois ninguém garante que o modelo padrão proposto por Higgs seja verdadeiro, embora ele seja o mais bem sucedido em explicar a geração de massa”. Físicos do Laboratório Nacional Acelerador Fermi, vinculado ao Departamento de Energia dos Estados Unidos, anunciaram que encontraram a mais forte evidência até agora da existência de um corpo subatômico conhecido como "partícula de Deus", ou bóson de Higgs. A evidência surgiu com subprodutos da colisão de partículas no acelerador americano Tevatron disseram os cientistas. "Nossas informações apontam fortemente para a existência do bóson de Higgs, mas precisamos dos resultados dos experimentos do Grande Colisor de Hádrons (LHC ou acelerador de partículas) na Europa para confirmar uma descoberta", declarou Rob Roser, porta-voz do laboratório nacional americano Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), no estado de Illinois (norte). Os resultados do Tevatron indicam que a partícula de Higgs, se é que existe, tem uma massa entre 115 e 135 gigaeletronvolts (GeV/c2), em torno de 130 vezes a massa do próton. Baseado em dois experimentos, conhecidos como CDF e DZero, a equipe de especialistas descobriu que há apenas uma chance em 550 de que o sinal encontrado seja meramente um acaso estatístico. No entanto, a importância estatística do sinal, de 2,9 sigmas, não é suficientemente forte para atingir o limiar requerido de cinco sigmas para afirmar que uma partícula foi descoberta. "Demos um passo crucial na busca pelo bóson de Higgs", declarou Dmitri Denisov, porta-voz do DZero e físico do Fermilab. "Ninguém esperava que o Tevatron conseguisse isso quando foi construído na década de 1980". Enquanto isso, em Genebra... No entanto, após décadas de pesquisa e bilhões de dólares investidos, pesquisadores do Cern, responsável pelo LHC, ainda não estão prontos para dizer que descobriram de fato a partícula. Especialistas familiarizados com a pesquisa do Cern dizem que os dados obtidos vão mostrar vestígios do bóson de Higgs, provando que ele existe, mas não permitindo afirmar que ele foi efetivamente visto. As experiências na Europa apresentaram em dezembro de 2011 "provocadores indícios" de que a elusiva partícula estava escondida em uma estreita faixa de massa. O LHC mostrou uma possível faixa do bóson de Higgs entre 115 e 127 gigaeletronvolts (GeV). Os experimentos realizados nos Estados Unidos se aproveitaram desses resultados, ainda que analisando uma faixa um pouco maior. Cientistas sêniores do Cern afirmam que as duas equipes que planejam apresentar os resultados do trabalho estão tão fechadas que é impossível saber de alguma coisa sobre a descoberta. “Eu concordo que qualquer observador de fora diria que isto parece como uma descoberta”, disse à AP o físico teórico John Ellis, professor da King's College London, que tem trabalha no Cern desde 1970. “Nós descobrimos alguma coisa que é consistente para ser o bóson de Higgs”. A partícula de Higgs recebeu este nome após o físico Peter Higgs, que, entre outros físicos na década de 1960, ajudou a desenvolver o modelo teórico que explica por que algumas partículas têm massa e outras não, uma etapa importante para entender a origem do Universo. Para físicos de partículas, encontrar o bóson de Higgs seria essencial para confirmar este modelo teórico, e e, consequentemente, como o universo foi formado. Apenas grandes colisores de partículas como o Tevatron do Fermilab - que teve as atividades encerradas em setembro de 2011 – e o LHC têm a chance de produzir a partícula de Higgs. Cada uma das duas equipes conhecidas como ATLAS e CMS envolve milhares de pessoas que trabalham de forma independente para garantir a precisão. Rob Roser, que lidera as pesquisas sobre o bóson de Higgs no Fermilab, em Chicago, afirmou que os físicos de partículas têm um padrão muito alto para o que é preciso e para o que é considerado uma descoberta. Roser compara a os resultados que os cientistas vão anunciar na quarta à descoberta de marcas fossilizadas de um dinossauro. “Você vê as pegadas e as sombras do objeto, mas não o vê de fato”, disse à AP. Cientistas com acesso para os novos dados do CERN dizem que eles mostram um alto grau de certeza de que o bóson de Higgs já pode ter sido vislumbrado e que, oficialmente, combinando os resultados separados de ATLAS e CMS, pode-se argumentar que uma descoberta efetiva está muito próxima. "É um verdadeiro suspense", afirmou o porta-voz do DZero, Gregorio Bernardi, físico do Laboratório de Física Nuclear e de Alta Energia da Universidade de Paris VI e VII. "Estamos muito empolgados com isso"

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