CERN: “Está cada vez mais difícil de encontrarmos a Partícula de Deus!!!”

Físicos do Grande Colisor de Hádrons afirmam que provas da existência do Bóson de Higgs estão cada vez mais improváveis.

Cientistas internacionais que tentam identificar o Bóson de Higgs, o maior enigma da física moderna, indicaram que a evidência da existência desta partícula elementar, também conhecida como a “partícula de Deus” e que supostamente concede massa aos objetos, está cada vez mais tênue.

“Neste momento, não vemos qualquer evidência do Bóson de Higgs na região de baixa massa na qual é provável que esteja”, afirmou nesta segunda-feira o físico Howard Gordon, vice-diretor do programa de operações americano Experimento ATLAS.

O Experimento ATLAS é um dos cinco detectores de partículas (junto a ALICE, CMS, TOTEM e LHCb) no Grande Colisor de Hádrons (LHC), o novo acelerador de partículas do Conselho Europeu para a Pesquisa Nuclear (CERN) na Suíça.

Em julho, os físicos anunciaram em uma conferência europeia que um dos experimentos do LHC havia resultado em provas promissoras sobre a presença do Bóson de Higgs, num momento em que a busca para identificar esta partícula entrava na reta final, com resultados esperados para o final de 2012.

Caso exista, o Bóson de Higgs, às vezes descrito como a “partícula de Deus” porque é um mistério e, ao mesmo tempo, uma potente força da natureza, representa a última peça do Modelo Padrão da Física.

Gordon disse que os indícios de julho, que já eram pouco significativos, agora “são ainda menos significativos”.

No entanto, os físicos não estão dispostos a descartar a possibilidade de que o Bóson de Higgs exista, e o acelerador de partículas ainda deve examinar uma grande quantidade de dados na frequência baixa do espectro, explicou.

“Basicamente, os dados aumentaram num fator de dois desde o relatório da reunião da Sociedade Europeia de Física, em julho, devido ao fato de o Grande Colisor de Hádrons estar produzindo grande quantidade de dados”, afirmou Gordon.

“Creio que sempre foi uma possibilidade que o Bóson de Higgs não exista, mas não creio que estejamos prontos para afirmar isso neste momento”.

Uma declaração que resume os dados mais recentes, difundida numa conferência em Mumbai, na Índia, indicou que os experimentos “ATLAS e CMS excluíam com uma certeza de 95% a existência de um Bóson de Higgs na maior parte da região de massa 145 a 466 GeV”.

O diretor de pesquisas do CERN, Sergio Bertolucci, disse que os cientistas esperam saber mais sobre a existência dessa partícula elementar no próximo ano.

“Se o Bóson de Higgs existe, os experimentos do LHC logo o encontrarão. Se os experimentos não o encontrarem, sua ausência indicará o caminho de uma nova física”, explicou Bertolucci.

O LHC, situado perto de Genebra, Suíça, foi criado para fazer a aceleração dos prótons quase na velocidade da luz e depois destruí-los em laboratórios onde os detectores registram seus agitados restos subatômicos.

O processo alcança temperaturas 100.000 vezes mais altas que as do Sol, emulando fugazmente as condições que prevaleceram nas frações de segundo depois do “Big Bang”, que criou o Universo há 13,7 bilhões de anos.

“Seja qual for o veredicto final sobre o Bóson de Higgs, estamos vivendo tempos muito emocionantes para todos os envolvidos na busca de uma nova física”, concluiu o porta-voz do CMS, Guido Tonelli.

O CERN e a discussão sobre a “partícula de Deus” foram recentemente tema da trama do livro “Anjos e Demônios”, de Dan Brown, posteriormente levado ao cinema.

por Professor Leandro Aguiar Fernandes

SBF trabalha para regulamentar profissão de físico

Carta enviada a senador pelo presidente da SBF, Celso Pinto de Melo, solicita desarquivamento de projeto de lei que regulamenta o exercício da profissão de Físico.

Com o início da nova legislatura em Brasília, a Sociedade Brasileira de Física volta a se engajar na regulamentação da profissão do físico. A instituição, por meio de seu presidente, Celso Pinto de Melo, enviou nesta semana uma carta ao senador Marcelo Crivella, que em 2005 havia criado Projeto de Lei no sentido de dar encaminhamento à questão. Por força da mudança na composição do Congresso, o PL foi arquivado no dia 21 de janeiro.

A iniciativa, que tem por objetivo permitir aos físicos acesso livre aos mercados de trabalho relativos à sua profissão, foi reportada na edição desta sexta-feira do jornal Folha de S.Paulo.
O problema surge quando físicos precisam atuar em áreas multidisciplinares, como na medicina ou na geofísica. Sem regulamentação adequada, eles podem ser impedidos de atuar, por exemplo, na área de equipamentos para diagnóstico médico que envolvam processos físicos. “O profissional de radiação pode ser um físico que entende de saúde”, exemplifica Celso de Melo.

Na carta enviada no dia 21, por e-mail, ao senador Crivella, a SBF solicita o desarquivamento do Projeto de Lei No. 159 de 2005, que dispõe sobre o exercício da profissão de físico, e dá outras providências. “Na oportunidade, coloco a Diretoria e Conselho de nossa Sociedade inteiramente à disposição de V. Ex.a para prestar qualquer informação, bem como participar de qualquer reunião, que se façam necessárias ao bom andamento do projeto de lei pelas diversas instâncias do Congresso Nacional”, escreve Celso de Melo, na missiva enviada ao congressista.

Uma consequência natural da regulamentação da profissão é a futura criação de um Conselho Regional de Física, que possa controlar e defender os interesses de seus afiliados e garantir aos profissionais da área o direito de atuar nos mais diversos campos que essa área da ciência abrange.

Para ler a carta enviada pela SBF ao senador Marcelo Crivella, acesse:

http://www.sbfisica.org.br/v1/arquivos_diversos/noticias/CPM__carta_M_Crivella_21022011.pdf

por Professor Leandro Aguiar Fernandes

Nobel de Física 2011 vai para estudo sobre expansão do universo

Três astrônomos americanos premiados estudaram a explosão de estrelas e descobriram que a expansão do universo a está acelerada.

A real academia de Ciências da Suécia anunciou na manhã desta terça-feira (4) que o prêmio Nobel de física de 2011 vai para três pesquisadores que descobriram a aceleração da expansão do universo a partir da observação de supernovas distantes. Metade do prêmio de 1,5 milhão de dólares (cerca de 2.8 milhões de reais) irá para o norte-americano Saul Perlmutter. A outra metade será dividida entre outros dois cientistas dos EUA: Brian Schmidt, que é radicado na Austrália, e Adam Riess.

De acordo com os jurados do Prêmio Nobel, o estudo dos astrônomos permitiu novos entendimentos sobre a evolução do universo. Os dois grupos de pesquisadores descobriram que a expansão não estava indo mais devagar, como se acreditava, na verdade ela estava se acelerando.

Schmidt recebeu o anúncio e sua casa na Austrália (às 21h no horário local) e falou ao vivo durante a cerimônia. “Tenho a mesma sensação que tive quando as minhas crianças nasceram. Estou muito animado e surpreso. Ocasionalmente as pessoas falavam sobre isso, mas eu não esperava pelo prêmio” disse o premiado que afirmou que vai dormir em breve e que nestas próximas horas deve pensar em o que pretende fazer no dia seguinte ao anúncio. O professor afirmou que dará aula amanhã na Universidade justamente sobre o assunto que foi premiado.

por Professor Leandro Aguiar Fernandes

Capes e CNPq decidem autorizar atividade remunerada a bolsistas

Os Presidentes da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) assinaram na quinta-feira (15) documento que autoriza bolsistas de pós-graduação das agências a receber complementação financeira, de outras fontes, desde que se dediquem a atividades relacionadas à sua área de atuação e de interesse acadêmico, científico e tecnológico.

A decisão foi publicada nesta sexta-feira (16) no Diário Oficial da União. De acordo com o site da Capes, em 2009, havia 47.153 bolsistas na agência. O CNPq concedeu 62.979 bolsas no mesmo ano, segundo o site do conselho.

Segundo a portaria, é vedada a acumulação de bolsas provenientes de agências públicas de fomento. Os bolsistas poderão exercer atividade remunerada, especialmente quando se tratar de docência como professores nos ensinos de qualquer grau.

De acordo com o texto, para receber complementação financeira ou atuar como docente, o bolsista deverá obter autorização, concedida pelo orientador, devidamente informada à coordenação do curso ou programa de pós-graduação em que estiver matriculado e registrada no Cadastro Discente da Capes.

por Professor Leandro Aguiar Fernandes

Aceleração Gravitacional

 

As simplificações e erros conceituais muitas vezes cometidos em textos didáticos, especialmente no Ensino Médio, mas também no terceiro grau, são um grave problema que faz o estudante ter uma falsa idéia da complexidade da natureza. É sempre preciso mencionar o que está sendo simplificado e em que domínio de validade uma equação se aplica. Mesmo no Ensino Médio, por exemplo, quando se fala da queda livre, é preciso dizer que considerar a aceleração como “g” deixa de lado muita coisa (variação com a altitude, resistência do ar, pressão do ar, empuxo do ar, os efeitos centrífugo e de Coriolis da rotação da Terra, sem contar as perturbações devido ao Sol e à Lua, como a variação do peso com a hora). O pior é aproximar g para 10 m/s^2.
A mecânica newtoniana tem uma aplicabilidade extensa, inclusive no lançamento de satélites em órbita solar, que atingem seus alvos com precisão incrível, desde que todos os fatores relevantes sejam considerados (o fato de não haver poder computacional suficiente para resolver um problema de mais de dois corpos foi um dos empecilhos para não se terem viagens espaciais antes dos anos 50).
Um dos problemas a se levar em conta é o dos referenciais não inerciais. Toda a mecânica de Newton (brilhantemente bem estabelecida em seus fundamentos por Mach), mesmo na formulação lagrangeana (extremamente útil no lançamento de satélites) ou hamiltoniana, está calcada no conceito de referencial inercial. Aliás a primeira lei estatui tão somente que existe um tal referencial e como identificá-lo. No caso da medida da aceleração de queda, ela é feita com relação à superfície da Terra (ou do astro central em questão), que não constitui um referencial inercial. Nesses casos, correções devem ser feitas à aceleração (módulo e orientação). A própria mecânica lagrangeana permite levá-las em conta.
Vamos considerar as seguintes simplificações:

  • O astro central (de massa M) é esférico, de densidade independente da orientação (esfericamente simétrica) e não possui rotação.
  • O corpo em queda é uma partícula de massa m.
  • A queda se dá no vácuo.
  • Nenhum outro corpo do Universo interfere na queda.
  • A origem do referencial está no centro do astro central.
  • As velocidades não são relativísticas.
  • A intensidade das forças não é extremamente grande (de modo a não comprometer a linearidade).
  • Nenhum dos corpos está eletricamente carregado e nem tem momento elétrico ou magnético de qualquer ordem.

Nestas circunstâncias a “força” de gravidade é dada por G*M*m/r^2, em que “r” é a distância entre o centro do astro central e o corpo em queda.
Antes de prosseguir é importante discorrer sobre a definição de “força”.
A grandeza força é uma das que se usa para medir as interações (as outras são o impulso, o trabalho e o calor). Força não é propriedade de uma partícula, mas sim de um par de partículas.
Dadas duas partículas isoladas do resto do Universo, mede-se a aceleração de ambas em um referencial inercial (se elas forem as únicas do Universo este será o baricentro delas) em cada instante. Observa-se que as acelerações jazem na reta que une as partículas, têm sentidos opostos e a razão entre seus módulos é constante para um dado par de partículas, independente do tipo de interação e da separação entre elas (isto não ocorre no domínio relativístico, devido à finitude da propagação das interações, o que obriga a introdução da partícula mensageira). Este fato é empírico, portanto uma “lei”.
O inverso da razão das acelerações é definido como a “massa inercial” da partícula em relação à outra, tomada como unidade.
O produto da massa, assim definida, pela aceleração (no referencial inercial) é definido como a intensidade da “força de interação”.
A “Força” é o vetor que tem esse módulo e a direção e o sentido da aceleração sofrida. Note que se define força como a grandeza aplicada no corpo que a sofre e não no que a exerce.
Estas últimas proposições são “definições”.
Em decorrência vê-se que a força, assim definida, sofrida por cada um dos corpos, obedece às relações:

  • Tem o mesmo módulo em cada instante sobre os dois corpos;
  • Jaz na reta que une os corpos (partículas);
  • Têm sentidos opostos sobre cada uma delas.

Estas últimas afirmativas constituem o que é chamado de “Lei da Ação e da Reação” ou “Terceira Lei de Newton”.
Se houverem mais de duas partículas, podemos definir a “força” exercida por uma delas sobre a outra como a sofrida por esta outra, caso não houvesse mais nenhuma senão a considerada. Então haveriam várias forças de interação por parte dos diversos outros corpos. Mas a aceleração, por definição, tem que ser única. Se multiplicarmos a aceleração medida, pela massa do que a tem, teremos uma grandeza com a dimensão de força mas que não é força, porque não mede nenhuma interação. Denominamos isto de “Força resultante”. A força resultante é uma abstração matemática. Não é propriamente uma grandeza física.
Agora vém a parte notável da Segunda Lei de Newton: O “Princípio da Superposição Linear”.
Verifica-se empiricamente, dentro do limite de forças não muito intensas (o que não ocorre, por exemplo, na interferência de raios lasers potentes), que esta força resultante coincide em módulo direção e sentido com a “Soma Vetorial” das forças de interação sobre o corpo considerado. Esta parte é empírica também. Note que não existe resultante de forças aplicadas a partículas diferentes. Assim a “ação” e a “reação” não têm resultante nula, pois estão em corpos diferentes.
Pode-se resumir o que foi dito até agora como:
“A soma vetorial das forças sobre uma partícula em um dado instante é igual à sua massa inercial multiplicada por sua aceleração vetorial neste mesmo instante”.
A propósito, é interessante mencionar que o Cálculo Vetorial só tem a aplicabilidade que tem porque a natureza obedece ao “Princípio de Superposição Linear”, pelo menos aproximadamente.
Passemos a discutir a força gravitacional.
A experiência mostra que existe uma interação dita gravitacional, responsável pela queda dos corpos. A grande contribuição de Newton foi supor que um corpo em órbita é um corpo em queda. Assim, como conhecia a aceleração de queda dos corpos na superfície da Terra e a aceleração centrípeta da Lua em relação à Terra, pode inferir que a força de gravidade varia com o inverso do quadrado da distância.
O próprio Newton desenvolveu a matemática necessária (o Cálculo Integral) para provar que a distância em questão é a distância entre os centros da Terra e da Lua, supostas esféricas, e não a distância entre o baricentro delas e qualquer uma, ou de suas superfícies.
De modo análogo à atração eletrostática (regida pela Lei de Coulomb (1785), ainda não conhecida por Newton (1679)), haveria certa grandeza nos corpos, que mediria seu poder de exercer e sofrer força de gravidade. Por ora denominemos estas grandezas de “carga gravitacional ativa” e “carga gravitacional passiva”, Q e q, respectivamente.
Por definição destas grandezas, segundo Newton, a força de gravidade é proporcional ao produto delas. Note que definição não tem explicação. Para obedecer à lei da ação e da reação (que a experiência de Cavendish (1873) mostrou que a gravitação obedece), é preciso que os dois tipos de carga gravitacional sejam indistinguíveis e assim entrem de forma simétrica na expressão. Logo não há diferença entre a carga ativa e a passiva.
As experiências de Galileu na Torre de Pizza mostraram que a aceleração de queda, devida apenas à gravidade, é a mesma para todos os corpos, independente de sua massa (dentro da precisão em que isto foi estatuído). Isto só pode ocorrer se a carga gravitacional for proporcional à massa inercial. Então, nada impede que o fator de proporcionalidade fique embutido na constante geral da fórmula e que possamos dizer que não há distinção entre a carga gravitacional e a massa inercial, chamando os dois conceitos simplesmente de “massa”. Isto é o que estabelece o “Princípio da Equivalência”, um dos pilares da Relatividade Geral, cuja validade foi testada em 1971 por Branginsky e Panov com a precisão de 10^-12 (http://en.wikipedia.org/wiki/Equivalence_principle).
A constante de proporcionalidade foi determinada no experimento de Cavendish, em 1873, ficando a fórmula da força de gravidade como:
F=G*M*m/r^2, onde “G” é a Constante Universal da Gravitação, que vale (6,6732 +/- 0,0031)*10^-11 N*m^2/kg^2.

Esta é a expressão do módulo da força, que atua ao logo da linha que une os centros das partículas e é atrativa. Note que este módulo não depende do referencial, desde que não se considerem efeitos relativísticos de contração do comprimento da distância entre as partículas. Para corpos extensos é necessário se proceder a uma integração vetorial e se um deles estiver em movimento há que se considerar o efeito do “potencial retardado” para cálculo da força (não vou considerar isto agora).
A questão da aceleração é bem mais complexa, pois a segunda lei de Newton se reporta a referenciais inerciais e, normalmente, eles não o são. Muitas situações exigem considerar referenciais não inerciais, como o estudo do movimento atmosférico na formação de ciclones. Para o que nos interessa, o que normalmente se tem é um corpo de menor massa (satélite) movendo-se sob a ação da gravidade de um de maior massa (planeta), com as posições, velocidades e acelerações medidas em relação ao centro deste último.
Neste caso, o problema de dois corpos pode ser reduzido ao de um único, movendo-se em relação ao outro, desde que a massa do primeiro seja substituída pela “massa reduzida” do par. A massa reduzida é dada pela expressão M*m/(M+m). Uma dedução completa pode ser achada em:

http://en.wikipedia.org/wiki/Two-body_problem ou em qualquer livro de mecânica clássica (Symon, Goldstein, Landau, Taylor, Kibble) ou astrodinâmica (Moulton, Bate, Prussing).

No caso gravitacional, a posição do satélite com respeito ao planeta está governada pela mesma equação diferencial que rege a posição de um corpo muito pequeno que orbita um corpo com uma massa igual à soma das duas massas, porque o produto das massas dividido pela massa reduzida é igual à soma das massas. Assim a aceleração gravitacional será dada por G*(M+m)/r^2.
Há que se observar que, nesta expressão, “r” é a distância entre os centros dos astros e não em relação ao baricentro ou à superfície e que esta aceleração NÃO é medida em relação a um referencial inercial.
Assim sendo, se multiplicarmos a aceleração sofrida pelo corpo menor por sua massa, G*(M+m)*m/r^2, isto NÃO É o valor da “força de gravidade”, que mede a intensidade da interação. Isto é uma “força fictícia”, como a centrífuga, a de Coriolis ou outra “força inercial”. Para efeitos práticos de cálculo ela é extremamente útil e, em engenharia espacial, é usada normalmente. Mesmo em astrofísica, para computação de órbitas de braços galácticos, por exemplo, pode ser usada.
Mas a expressão expressa corretamente que a aceleração de queda dos corpos, medida no referencial da superfície da Terra, depende da massa do corpo em queda, diferente do que Galileu verificou. Só que o erro é da ordem de m/M, isto é 10^-25, que só apareceria na 25ª casa decimal (para um corpo de 1 kg). Certamente os outros fatores mencionados acarretam discrepâncias maiores.
Resumindo o exposto, digo que a aceleração do movimento orbital ou de queda é proporcional ao produto da soma das massas pela do corpo em movimento, no referencial do outro, mas a intensidade da força de interação é proporcional apenas ao produto das massas.
Este é um tipo de coisa que não é discutido, às vezes, nem na Física Básica dos cursos superiores de ciências exatas.

por Professor Leandro Aguiar Fernandes