Neutrino camaleão abre caminho para uma nova física

O gigantesco detector Opera, formado por 150.000 pequenos "tijolos" de uma emulsão nuclear, separados por folhas de chumbo. Dispostos em paredes paralelas, são esses tijolos que detectam os neutrinos. (Imagem: Opera)

Cientistas do experimento Opera, localizado no laboratório Gran Sasso, na Itália, fizeram a primeira observação direta de uma partícula tau em um feixe de neutrinos do múon – isto significa que a partícula “oscilou”, isto é, mudou de um tipo para outro.

Encontrar o tau do múon representa ter achado a peça que faltava em um quebra-cabeças que tem desafiado a ciência desde 1960.

O feixe de neutrinos foi enviado através da terra do CERN, onde está situado também o LHC, a 730 km de distância do detector.

Neutrinos

Neutrinos são partículas subatômicas com uma massa tão pequena que um deles é capaz de atravessar um cubo de chumbo sólido, com 1 ano-luz de aresta, sem se chocar com a matéria. Calcula-se que 50 trilhões de neutrinos atravessam o nosso corpo diariamente.

Existem três tipos de neutrinos: neutrino do elétron, neutrino do múon e neutrino do tau.

O quebra-cabeças dos neutrinos começou com uma experiência pioneira, realizada na década de 1960, que acabou rendendo o Prêmio Nobel de Física a Ray Davies.

Davies observou que os neutrinos vindos do Sol chegavam à Terra em um número muito menor do que os modelos teóricos previam: ele concluiu que, ou os modelos solares estavam errados ou algo estava acontecendo com os neutrinos em seu caminho.

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Físicos querem aumentar colisões de partículas dentro do LHC

Um dia depois de uma das mais importantes experiências da história da ciência, a colisão de prótons utilizando o maior acelerador de partículas do mundo simulando o momento do Big Bang, os cientistas querem mais. Nesta quarta-feira (31), físicos da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern, em francês), aumentaram a meta de colisões de prótons e querem saltar de 50 para 300 choques por segundo.

Imagem de parte do maior acelerador de partículas do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC). Em 30 de março de 2010, uma experiência inédita conseguiu simular através do choque de partículas o momento do Big Bang, a grande explosão que deu origem ao Universo. Agora, os cientistas querem aumentar a meta de colisões de prótons de 50 para 300 choques por segundo.(Créditos: CERN)

Na experiência inédita da terça-feira, 30/03, os cientistas conseguiram promover choques de 7 trilhões de elétron-volts (7 TeV), e se aproximaram muito do que pode ter ocorrido na grande explosão que deu origem ao Universo há 13,7 bilhões de anos. Os testes ocorreram no Cern, na fronteira da Suíça com a França e foi acompanhado com enorme entusiasmo.

Dentro de um túnel de 27 km a 100 metros abaixo da superfície, os prótons foram acelerados na velocidade da luz e deram 11 mil voltas por segundo. Agora, os resultados poderão ser analisados por milhares de cientistas.

Novas provas vão continuar até o final de 2011 que vem quando serão suspensas por um ano para que o Grande Colisor de Hádrons (LHC) seja então preparado para outras colisões ainda mais ousadas.

“Estamos nos aproximando de fronteiras científicas cada vez mais novas”, declarou um porta-voz do Cern, James Gillies.

O LHC começou a simular a origem do Universo em setembro de 2008, mas por causa de um problema de superaquecimento parou de funcionar em dez dias. O Grande Colisor de Hádrons ficou parado por 14 meses e voltou a operar em 21 de novembro de 2009. A grande experiência da colisão de prótons na velocidade da luz dentro da gigantesca máquina era ansiosamente aguardada para este ano.

Fim do mundo

Apesar da frustração dos alarmistas de plantão, que acreditavam que a colisão entre os prótons criaria um pequeno buraco negro com consequências catastróficas para a humanidade, alguns ainda mantêm a esperança de que o pior ainda esteja por vir.

Um deles é o físico americano Walter Wagner, um dos maiores oponentes ao experimento. De acordo com Wagner, os pequenos buracos negros não se formariam com velocidades abaixo de 8 Tev (Tera Eletron-volts), mas apenas quando o acelerador atingir à velocidade máxima de 14 TeV para o qual foi projetado.

De acordo com o cronograma, o LHC deve funcionar por dois anos sem interrupção a 7 TeV. Em seguida será desligado por alguns meses e só depois disso é que retornará à operação, até que o objetivo de colisões a 14 TeV seja alcançado.

Em 2008, Wagner entrou na justiça do Havaí para suspender as operações do acelerador de partículas. O motivo alegado era falhas na documentação que atestaria a segurança do equipamento. O pedido foi negado pela justiça havaiana, já que a participação americana no LHC não é suficiente para que a justiça do país possa interferir no andamento do projeto.

Fonte: Apolo11

LHC confirma teoria de físico brasileiro

O primeiro artigo de física do LHC consagra uma das mais importantes contribuições brasileiras à física mundial, a estatística de Tsallis - enunciada em 1988 por Constantino Tsallis, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. (Imagem: LHC/Cern)

Contribuição brasileira à física

Maior instrumento científico já construído, o acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider, ou Grande Colisor de Hádrons) acaba de gerar outro destaque importante: seu primeiro artigo científico.

O artigo consagra uma das mais importantes contribuições brasileiras à física mundial. Uma das conclusões do trabalho é que a estatística de Tsallis – enunciada em 1988 por Constantino Tsallis, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas – é ideal para descrever o sistema no qual a distribuição das partículas é medida.

Na verdade, um primeiro artigo científico do LHC já havia sido noticiado no site Inovação Tecnológica no início de Dezembro de 2009, mas agora ele está sendo classificado como de natureza técnica, assim como outros que o seguiram, e não de física propriamente dita.

Detector do LHC

Com participação de vários brasileiros entre os mais de 2 mil coautores de 157 instituições internacionais, o artigo foi publicado no último exemplar da revista Journal of High Energy Physics (JHEP).

O artigo se baseou em dados gerados em dezembro de 2009 pelo CMS (sigla em inglês para “Solenóide de Múon Compacto”) – um dos quatro detectores do LHC – e apresentou a primeira medida de distribuição de partículas observadas em colisões ocorridas em altíssimas energias: 2,36 teraelétron-volts (TeV).

Do Brasil, participaram pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) e do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF).

Estatística de Tsallis

Teoria que generaliza a mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs, a estatística de Tsallis é utilizada para o entendimento dos sistemas complexos e já foi abordada em mais de 2 mil artigos científicos em todo o mundo. Mas, com o experimento do LHC, deixou de ser apenas uma importante conjectura.

Professor Constantino Tsallis, pesquisador do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, autor de uma das maiores contribuições brasileiras à física mundial, chamada de Estatística de Tsallis. (Imagem: CBPF)

De acordo com Tsallis – que por modéstia prefere referir-se à sua teoria como “mecânica estatística não-extensiva” – a colaboração CMS já havia gerado artigos em áreas técnicas, mas, por ser a primeira publicação em física produzida pelo experimento, o trabalho é um marco para a física.

“Como o CMS forneceu dados que não se acomodaram com a estatística de Boltzman-Gibbs, os pesquisadores decidiram experimentar a mecânica estatística não-extensiva. Verificaram que ela funcionou muito bem, encaixando-se com propriedade. No fundo, trata-se de algo muito simples e, por isso mesmo, maravilhoso”, disse Tsallis.

Tsallis revelou que, por meio de uma colega do CBPF – Maria Elena Pol, uma das coautoras do artigo – ficou sabendo que a mecânica estatística não-extensiva seria utilizada para a descrição do comportamento das partículas.

“A teoria é sempre algo plausível, mas que só se torna real por meio de um experimento ou da verificação. É o sonho de qualquer físico teórico que a natureza confirme a sua suspeita. Quando isso ocorre, com um experimento desse porte, a sensação é de estupor”, descreveu Tsallis.

Colisões de alta energia

De acordo com um dos autores do artigo, Sérgio Ferraz Novaes, professor do Instituto de Física Teórica da Unesp, o primeiro trabalho de física a utilizar os dados do LHC é importante por realizar medidas das colisões em níveis de energia sem precedentes, mas também por confirmar a eficiência do acelerador.

“Essa é a primeira medida feita em regime de energia tão alta, o que é importante porque permite a extrapolação dos dados anteriores. O experimento, por um lado, serviu como calibração do equipamento, mostrando resultados satisfatórios e coerentes com o que esperávamos. Por outro lado, os dados gerados ainda motivarão muitos outros artigos. Essa primeira publicação é o começo de uma história que será contada nos próximos dez anos”, afirmou.

Primeiro artigo de física do LHC

O artigo apresentou a primeira medida de distribuição em momentum transverso e pseudo-rapidez (análoga à medida de distribuição angular) das partículas observadas nas colisões próton-próton ocorridas em altas energias, a 2.36 TeV. Segundo Novaes, os experimentos realizados até agora haviam feito medições em regimes de energia de no máximo 2 TeV.

Cada TeV equivale a 1 trilhão de elétron-volts. Um elétron-volt é a quantidade de energia cinética ganha por um elétron quando acelerado por uma diferença de potencial elétrico de um volt, no vácuo.

“De agora em diante haverá mais trabalhos científicos com base nos dados gerados pelo LHC, pois o equipamento irá gerar novas colisões, com intensidade maior de energia dos feixes de prótons. Nos próximos dois anos, iremos operar com 7 TeV. A previsão é que, posteriormente, o equipamento chegue a trabalhar com até 14 TeV”, explicou.

Conceitos relativísticos

As medidas de momentum transversal e longitudinal, segundo Novaes, são bem conhecidas em outros aceleradores. Mas ainda não tinham sido realizadas no LHC. “Enquanto não tínhamos feixe, a calibração e o alinhamento dos diversos componentes do acelerador eram feitas, em geral, com raios cósmicos”, disse.

O momentum medido, segundo Novaes, é o análogo relativístico da definição da física básica: o produto da massa e velocidade de uma partícula. “Quando falamos do momentum transversal e longitudinal, estamos nos referindo à projeção do momentum na direção do feixe, ou na direção perpendicular a ele”, disse.

De acordo com Novaes, quando se mede a distribuição de uma partícula, ela está imersa em um banho térmico formado por todas as demais partículas produzidas na reação. “A distribuição de momentum dessa partícula é melhor descrita pela estatística de Tsallis, que generaliza a estatística de Boltzmann-Gibbs”, afirmou.

LHC

O LHC, construído pelo Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern) na fronteira entre Suíça e França, foi inaugurado oficialmente em outubro de 2008, com o objetivo de buscar respostas para alguns dos principais mistérios da ciência, investigando as partículas mais elementares da matéria.

Depois de paradas forçadas por problemas técnicos, o LHC está sendo “aquecido”, com sua energia sendo elevada paulatinamente, e deverá começar a produzir experimentos reais a partir dos próximos meses.

Fonte: Inovação Tecnológica

Bibliografia:

Transverse-momentum and pseudorapidity distributions of charged hadrons in pp collisions at ?s = 0.9 and 2.36TeV
CMS Collaboration, V. Khachatryan et al.
Journal of High Energy Physics
February, 2010
Vol.: 2010, Number 2, 1-35
DOI: 10.1007/JHEP02(2010)041

LHC será religado para encontrar origem do universo

LHC está instalado na fronteira franco-suíça e será reativado neste mês.
Ele é o maior e mais caro equipamento científico do mundo.

Cientistas que operam o acelerador de partículas da Organização Europeia de Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em inglês) podem resolver o mistério sobre o que dá massa à matéria, durante uma atividade de quase dois anos ininterruptos que irá até o fim de 2011, disse um porta-voz nesta quarta-feira (3).

James Gillies informou à Reuters que a partícula chamada bóson de Higgs pode aparecer durante a experiência na chamada “máquina do Big Bang”, maior e mais caro equipamento científico do mundo, que será religado neste mês.

Grande Colisor de Hádrons (LHC) ficará ligado até o fim de 2011. (Foto: Cern/Divulgação)


“Se ele estiver lá, teremos uma chance razoável de vê-lo”, disse Gillies, referindo-se à partícula subatômica que o físico escocês Peter Higgs previu há três décadas que poderia explicar como a matéria se juntou para criar o universo e tudo que o compõe.

Gillies disse que a operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC), que pertence à Cern e está instalada sob a fronteira franco-suíça, perto de Genebra, irá produzir uma enorme quantidade de informações.

Se o bóson de Higgs não aparecer, não quer dizer que ele não exista. Após a primeira fase de operação estendida e um ano de paralisação para preparativos, o LHC voltará a ser ligado novamente com sua energia máxima. “Pode ser que precisemos dessa intensidade para capturá-lo”, acrescentou Gillies.

Explosão

O LHC foi ligado inicialmente em setembro de 2008, mas teve de parar por causa de uma violenta explosão dentro do túnel circular subterrâneo de 27 quilômetros. O foco do equipamento é a colisão de partículas que se deslocam em sentidos contrários com grande energia.

Bilhões de colisões, cada uma criando as condições que existiam numa fração de segundo depois do “Big Bang”, quando o universo começou, há 13,7 bilhões de anos, irão produzir dados que cerca de 10 mil cientistas na Cern e em todo o mundo irão registrar e analisar.

A matéria emitida pela explosão primordial do universo acabou dando origem aos planetas, às estrelas e à vida na Terra — mas a teoria de Higgs diz que isso só seria possível se algo como o bóson reunisse a matéria, dando-lhe massa.

O LHC funcionou por cerca de dois meses no fim do ano passado, realizando colisões de feixes de partículas com uma energia de até 2,36 tera-elétron volts (TeV), a maior já alcançada.

A próxima atividade prolongada, sem uma pausa no inverno, foi decidida em uma reunião de físicos, engenheiros e administradores do Cern em Chamonix, na França, na semana passada. Gillies disse que a energia da colisão será elevada gradualmente até 7 TeV.

No fim do ano que vem, o colisor deve ser novamente desativado por até 12 meses para que engenheiros preparem o túnel e a enorme quantidade de equipamentos do local para colisões de até 14 TeV na próxima atividade, provavelmente a partir de 2013.