Professor Fabio Teixeira

2014-02-13T21:43:00.000-02:00

ATENÇÃO! NOVO SITE:

www.fateixeira.com

A descoberta do Bóson de Higgs

2012-08-22T13:20:00.000-03:00

Matéria da Fapesp, enedereço original:

http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/08/10/quebra-cabeca-em-expansao/

Quebra-cabeça em expansão

Bóson recém-descoberto pode revelar as primeiras pistas de uma nova física das partículas elementares

IGOR ZOLNERKEVIC e RICARDO ZORZETTO | Edição 198 - Agosto de 2012

IGOR ZOLNERKEVIC

Nos próximos cinco meses o maior acelerador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider (LHC), instalado na fronteira da França com a Suíça, vai funcionar a todo vapor para produzir uma montanha a mais de dados e tentar revelar a real identidade da mais recente partícula elementar descoberta pelos físicos. No último dia 4 de julho, durante a Conferência Internacional de Física de Altas Energias, o mais importante evento anual da física de partículas, pesquisadores da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern), a que está vinculado o LHC, anunciaram ter encontrado uma nova partícula elementar que tudo indica ser o bóson de Higgs, a peça que faltava para completar uma bem-sucedida teoria física chamada Modelo Padrão. Essa teoria explica do que é feita a matéria e como ela se comporta no nível subatômico. “Este é o momento mais empolgante da física de partículas desde os anos 1970”, declarou àPesquisa FAPESP o físico Joseph Incandela, coordenador de um dos experimentos no LHC.

Até o final deste ano, o LHC deve provocar o choque de mais 3 quatrilhões de prótons acelerados a velocidades próximas à da luz no interior de um anel com 27 quilômetros de circunferência construído a 100 metros abaixo da superfície para tentar caracterizar em detalhe a nova partícula. Pode parecer um contrassenso, mas os físicos torcem para que os dados a serem coletados mostrem que a partícula recém-identificada, ainda que seja mesmo o bóson de Higgs, não se comporte como esperavam. O motivo é que, se isso ocorrer, eles terão pela primeira vez em 40 anos descoberto algo realmente inusitado na física e conseguirão avançar um pouco mais na compreensão de como o Universo se desenvolveu em seus primeiros instantes de vida. Se, no entanto, essa partícula for exatamente como haviam imaginado, os físicos terão chegado a um beco sem saída: o Modelo Padrão terá sido confirmado, mas não haverá pistas de como aperfeiçoá-lo para responder às questões em aberto sobre o Universo.

Completo, o Modelo Padrão só explica a existência de 4% do que forma o Cosmo. Mas nada diz sobre a origem dos 23% de matéria escura e dos 73% de energia escura que precisam existir para que o Universo seja como se imagina que é. Além disso, o Modelo Padrão praticamente não dá informação sobre o que teria ocorrido no primeiro segundo após o Big Bang, a explosão que teria gerado o Universo há 13,7 bilhões de anos. Foi nesse instante misterioso que surgiram as quatro forças fundamentais da natureza – a gravitacional, a eletromagnética, a nuclear fraca e a nuclear forte, originadas provavelmente de uma única força inicial – que permitiram a formação da matéria (ver infográfico na página 52).

Para esclarecer um pouco mais do que aconteceu nesse precioso segundo, os físicos desenvolveram teorias que expandem o Modelo Padrão e preveem a existência de mais partículas. Como nenhuma dessas partículas foi detectada por ora, não se sabe qual das principais candidatas – as teorias da supersimetria, dos modelos compostos e das dimensões extras – é a correta (ver infográfico nas páginas 46 e 47). A expectativa dos físicos é que, ao definir as características do Higgs ou ao encontrar uma nova partícula, eles encontrem evidências favorecendo uma dessas propostas.

Procurado há ao menos três décadas, o bóson de Higgs é a peça-chave do Modelo Padrão. Desenvolvido ao longo dos anos 1960, o Modelo Padrão descreve o que acontece quando partículas subatômicas são aceleradas até quase a velocidade da luz e colidem entre si, como ocorre no LHC. Segundo a famosa equação de Einstein que estabelece que a energia é equivalente ao produto da massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz (E=mc²), a energia dessas colisões pode ser convertida em massa, fazendo, como que por mágica, surgirem do vácuo novas partículas. Em geral, as partículas com muita massa vivem frações de segundo, rapidamente decaem, ou seja, transformam-se em uma cascata de partículas mais leves que deixam traços em detectores como o CMS e o Atlas do LHC, cuja construção consumiu cerca de US$ 9 bilhões (ver Pesquisa FAPESP nº 147).

O resultado dos decaimentos pode ser calculado pelas equações do Modelo Padrão, cujas propriedades matemáticas determinam como as partículas interagem. No início de seu desenvolvimento, essas equações pareciam funcionar muito bem, exceto por um detalhe: elas previam que todas as partículas deveriam ser como os fótons, que não têm massa e, por isso, viajam sempre à velocidade da luz. Se isso de fato ocorresse com todas as partículas, o mundo como se conhece não existiria porque elas nunca estariam em repouso, o que permite a existência dos átomos. Para consertar esse detalhe teórico crucial, Peter Higgs e outros físicos propuseram em 1964 a existência de um campo de força que permearia todo o espaço e interagiria com intensidade diferente com cada tipo de partícula, dando a elas massas distintas. A prova de que esse campo existe seria a descoberta de uma partícula que poderia emergir dele durante colisões de alta energia: o bóson de Higgs, aparentemente encontrado agora no Cern (ver quadro das páginas 48 e 49).

“Tudo o que se mediu até agora leva a crer que descobrimos o bóson de Higgs”, afirma o físico Sérgio Novaes, líder de um grupo de pesquisadores do Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (Unesp) e da Universidade Federal do ABC que, com financiamento da FAPESP, colabora na análise dos dados do detector CMS.

Tanto o CMS quanto o Atlas obtiveram agora sinais de que existe um novo bóson com massa entre 125 e 126 giga elétrons-volt (GeV) – um GeV corresponde a um bilhão de elétrons-volt, a unidade de energia usada para medir a massa das partículas. A probabilidade de que o sinal medido seja fruto do acaso é de uma em 3,5 milhões. A nova partícula parece também decair como o Modelo Padrão prevê, mas os pesquisadores precisarão analisar muito mais colisões para determinar, com o mesmo nível de certeza, tanto o padrão de decaimento como outras propriedades do bóson. Incandela estima que o LHC consiga determinar essas características da nova partícula com maior precisão até o final do ano. As incertezas devem diminuir ainda mais a partir de 2015, quando o LHC voltará à ativa depois de passar dois anos desligado para os ajustes que devem elevar a energia de suas colisões de 8 para 13 tera elétrons-volt (TeV) e aumentar em 10 vezes o número de colisões acumuladas até 2018.

Se confirmado, o bóson de Higgs será a primeira partícula elementar de uma classe especial, enigmática para os teóricos. “Essa classe de partículas é algo misteriosa, porque sua massa é muito difícil de estabilizar”, diz Incandela, tocando no calcanhar de aquiles do Modelo Padrão, conhecido como o problema da hierarquia.

Esse problema surge quando se assume que o Modelo Padrão é uma teoria que explica como partículas e forças interagem desde o instante inicial do Universo, o momento zero da criação, quando os níveis de energia eram trilhões de vezes maiores que os alcançados no LHC – é o que em física se chama de escala de Planck, a maior energia que poderia existir no Universo. Nessas condições, a força gravitacional, que em geral não afeta as partículas por ser muito menos intensa do que as outras três forças, começa a se fazer sentir. Ao se fazer essa suposição, a teoria prevê que certas interações do bóson de Higgs – com ele próprio e com as demais partículas – fariam a sua massa crescer violentamente e ser muitas vezes maior do que se esperaria observar. O Modelo Padrão só fornece a massa correta do Higgs quando se assume que algum efeito desconhecido contrabalança o ganho absurdo de massa.

Para muitos físicos, a natureza desse efeito poderia ser revelada em colisões de partículas realizadas na faixa de energia que o LHC explora hoje. Depois da busca do bóson de Higgs – apelidado, a contragosto dos físicos, de “partícula de deus” por sugestão do editor do livro de 1993 do físico Leon Lederman e do divulgador de ciência Dick Teresi, cujo título passou de The Goddamn Particle para The God Particle –, essa foi a principal motivação para construir o LHC. “O problema da hierarquia organiza o nosso pensamento de por que e como estender o Modelo Padrão”, afirma Gustavo Burdman, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP).

A busca de uma solução para o problema da hierarquia é o que norteia há décadas o trabalho dos físicos teóricos. Eles tentam explicar esse efeito de formas distintas nas teorias da supersimetria, dos modelos compostos e das dimensões extras. Cada uma oferece uma estratégia para estabilizar a massa do bóson de Higgs.

De longe, a candidata mais estudada é a supersimetria. Essa teoria prevê que, para cada partícula do Modelo Padrão, exista uma partícula a mais, chamada de superparceira. As partículas supersimétricas subtraem parte da massa do Higgs, na mesma proporção em que as partículas do Modelo Padrão acrescentam massa ao bóson, eliminando, assim, o problema da hierarquia.

A supersimetria se tornou popular entre os físicos por sua elegância matemática, que facilita os cálculos e oferece soluções não só para o problema da hierarquia. As superparceiras mais leves são ótimas candidatas a ser os constituintes da matéria escura. Além disso, a supersimetria possibilita unificar as forças eletromagnética, nuclear forte e nuclear fraca do Modelo Padrão em uma escala de energia próxima à que reinava nos primeiros instantes após o Big Bang (ver infográfico acima).

A existência da supersimetria é necessária para a consistência da teoria das supercordas, que busca unificar todas as forças, inclusive a gravitacional. “É uma teoria bonita, com propriedades muito boas; seria interessante se existisse”, diz o físico Oscar Éboli, da USP, que busca evidências de supersimetria nos dados do LHC.

Há inúmeras versões da supersimetria. Os modelos mais simples previam que tão logo o LHC fosse acionado, em 2008, as superparceiras apareceriam em profusão. Mas nenhum sinal delas foi visto até agora. Para piorar, a massa do que parece ser o bóson de Higgs é maior do que a prevista nesses modelos. “Os modelos mais óbvios estão numa situação extremamente difícil”, diz Éboli. Isso significa que a teoria pode ser bem mais complicada e as massas das superparceiras maiores do que se pensava. “Quanto maior a massa, menor o interesse de certas áreas da física, porque deixa de explicar o problema da hierarquia”, diz Ricardo Matheus, professor do Instituto de Física Teórica da Unesp.

Por conta dessa falta de evidências, teorias alternativas à supersimetria vêm sendo mais exploradas nos últimos anos. Uma classe delas é a dos modelos compostos, que afirmam que o bóson de Higgs e possivelmente outras partículas do Modelo Padrão são compostos de partículas ainda mais elementares. O fato de o Higgs ser formado por outras partículas mudaria as suas propriedades, eliminando o efeito acumulador de massa que causa o problema da hierarquia.

Se essa teoria estiver correta, porém, a história da física se repetirá mais uma vez. Até os anos 1960, acreditava-se que prótons, nêutrons e outras partículas como o píon, descoberto pelo brasileiro César Lattes em 1947, eram elementares. Com a ascensão do Modelo Padrão, ficou claro que elas eram compostas por partículas ainda mais fundamentais: os quarks. Assim como a supersimetria, os modelos compostos preveem a existência de novas partículas, ainda não observadas – algumas versões desses modelos já foram descartadas. “Os modelos compostos estão em tensão com os dados há muito tempo”, diz Incandela, “mas não podemos descartá-los completamente”.

Outra solução para o problema da hierarquia é a existência de dimensões espaciais extras, mais uma possibilidade ainda sem comprovação experimental. Difíceis de serem visualizadas até pelos físicos, essas dimensões poderiam, em princípio, ser detectadas no LHC, desde que as partículas responsáveis pela força gravitacional, os grávitons, existam em níveis de energia da ordem de tera elétrons-volt. Para ser verdade, a energia do instante zero do Big Bang deveria ser trilhões de vezes menor do que a que se calcula que tenha sido. Ou seja, a escala de Planck estaria errada e o bóson de Higgs não acumularia massa por já ter atingido a maior massa possível. Uma das consequências dessa teoria é que o Universo seria um segundo mais novo.

O grupo de Novaes vem buscando sinais de dimensões extras nos dados obtidos pelo detector DZero, do recém-desativado acelerador norte-americano Tevatron, e pelo LHC. Em março deste ano a colaboração DZero publicou na Physical Review Lettersuma análise conduzida por Angelo Santos, aluno de doutorado de Novaes, estabelecendo os primeiros limites experimentais para a existência de certo modelo de dimensão extra.

Tanto o Tevatron como o LHC, porém, já descartaram dimensões extras grandes o suficiente para serem percebidas com energias de até 2 TeV. Pode ser que, ao elevar a energia das colisões, o LHC encontre nos próximos anos evidências de que existem dimensões extra menores. Muitas das teorias de dimensões extras, no entanto, fazem previsões quase idênticas às dos modelos compostos, o que não permitiria distinguir uma da outra. “Essa é uma discussão que ainda vai aparecer”, suspeita Burdman.

“Ainda não vimos nada que esteja significativamente em desacordo com as expectativas de um Higgs do Modelo Padrão”, comenta Incandela sobre os resultados apresentados em 4 de julho. Ele reconhece, entretanto, que há uns poucos sinais de que o bóson de Higgs pode não estar se comportando como o esperado. “Esses indícios podem se tornar significativos até o final do ano, mas também podem facilmente desaparecer”, diz.

O indício que mais chamou a atenção até o momento é a transformação do novo bóson em pares de fótons, que parece ocorrer em uma proporção maior que a esperada. O Modelo Padrão prevê em quais partículas o bóson de Higgs pode se transformar e com que frequência cada uma delas aparece (ver figura da página 51).

Em uma análise publicada um dia depois do anúncio da descoberta, Éboli e colegas dos Estados Unidos e da Espanha mostraram também que a produção do provável bóson de Higgs no LHC é cerca de metade da prevista pelo Modelo Padrão.

O Projeto

Centro Regional de Análise de São Paulo n° 2008/02799-8

Modalidade

Auxílio Regular a Projeto de Pesquisa

Coordenador

Sergio F. Novaes – Unesp

Investimento

R$ 2.023.838,68 (FAPESP)

Muitos trabalhos publicados desde 4 de julho especulam que tanto o excesso de fótons quanto a baixa produção de Higgs são provocados pela influência de partículas superparceiras. Éboli compara a confirmação desses sinais a um teste para verificar se uma moeda é ou não honesta – e, uma vez lançada para o alto, tem uma chance igual de dar cara ou coroa. “Se uma moeda é jogada 10 vezes para o alto e se obtêm 7 caras e 3 coroas, pode-se dizer que há uma indicação leve de que talvez a moeda não seja honesta”, diz. Essa hipótese só pode ser realmente confirmada se a moeda for jogada muito mais vezes. Pelo mesmo motivo, só será possível confirmar se o decaimento do bóson em fótons está ocorrendo em uma taxa anormal se forem analisadas muito mais colisões. “O erro experimental nos decaimentos ainda é grande e precisamos tomar mais dados para verificar que se trata mesmo do Higgs do Modelo Padrão”, comenta Éboli.

“Este ano o jogo dos teóricos é prestar atenção nos dados e responder rapidamente”, diz Matheus, da Unesp, que compara a situação atual dos físicos à de Cristóvão Colombo prestes a descobrir a América. Burdman concorda: “A física pode mudar de um dia para o outro”.

Artigos científicos

ABAZOV, V. M. et al. Search for Universal Extra Dimensions in pp- Collisions.Physical Review Letters. 30 mar. 2012.

CORBETT, T. et al. Constraining anomalous Higgs interactions. http://arxiv.org/pdf/1207.1344.pdf.

A Terra vista da Estação Espacial Internacional

2011-12-21T12:26:00.003-02:00

Imagens filmadas pela Estação Espacial Internacional (ISS).

O destaque fica para as auroras boreais (nuvens em verde), as descargas atmosféricas e a espessura da atmosfera da Terra (muito fina), que em aula digo que se a Terra fosse uma bola de boliche ela seria o verniz.

Fotografia noturna de longa exposição.

2011-11-30T15:26:00.001-02:00

O fotógrafo britânico Mark Humpage produziu uma foto noturna de longa exposição em que conseguiu capturar as trilhas de luz deixadas pela Estação Espacial Internacional, o planeta Júpiter e estrelas do céu.

O resultado é este:

Nesta fotografia é possível ver os riscos feito pelas estrelas, devido ao movimento de rotação da Terra, a estação espacial internacional (risco entre a torre da igreja e a árvore) e Júpiter (risco mais forte por trás da torre da igreja).

Para que esta foto fosse feita, ele deixou a câmera com o obturador aberto por cerca de 11 horas apontando para o céu.

Fica o desafio para quem quiser tentar fotografar o "risco das estrelas", conseguindo é só enviar a foto que posto no Blog.

Mais fotografias do fotógrafo no site: http://www.markhumpage.com/

2011-11-29T18:04:00.001-02:00

Energia de ponto zero
Feito publicado na Nature só havia sido alcançado
em sistemas de armadilhas ópticas

CARMO GALLO NETTO

O professor Thiago Alegre, do Departamento de Física Aplicada do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp, integrou equipe que, pela primeira vez, conseguiu resfriar o modo mecânico de um nano-objeto, uma microcavidade, composta por milhões de átomos. Utilizando luz laser o grupo conseguiu que a temperatura do modo mecânico ficasse próxima do zero absoluto (zero graus kelvin), levando-o ao seu estado de mais baixa energia atingível, a chamada energia de ponto zero (ground state), em que não ocorrem mais vibrações das particulas. O feito só fora alcançado anteriormente em sistemas de armadilhas ópticas envolvendo poucos átomos. A conquista abre caminho para o desenvolvimento de detectores de massa e força extremamente sensíveis, bem como para o desenvolvimento de experimentos quânticos em sistemas macroscópicos com bilhões de átomos, sonho dos cientistas há quase uma década.

O grupo de pesquisadores responsáveis pelo estudo pertence ao Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e contou com a colaboração de uma equipe da Universidade de Viena. Os resultados mereceram quatro páginas na edição de outubro da revista científica Nature e mais de uma página na secção News&Views da mesma edição, o que atesta sua relevância. Nessa apresentação o autor, Florian Marquardt, elenca os pontos principais do trabalho, destaca sua importância, estabelece comparações com pesquisas anteriores e antevê possíveis desdobramentos. O Caltech ocupa o primeiro lugar entre as melhores universidades do mundo, conforme ranking publicado em outubro pelo Times Higher Education (THE), superando instituições tradicionais como Harvard, Instituto de Tecnologia de Massachussets (MIT), Cambrige e Oxford.

Tornar-se aluno desse seleto e conceituado Instituto – que não chega a ter mais de mil alunos matriculados na graduação e cerca de 1.200 na pós-graduação – constitui um feito para qualquer estudante. Particularmente para os oriundos do Brasil, pois são pouquíssimos os brasileiros que nele ingressam, caso de Thiago Alegre que lá cumpriu período de três anos de pós-doutorado, depois da graduação e do doutorado na Unicamp, onde se tornou professor concursado recentemente.

Como foi feito

O artigo publicado na Nature descreve como a equipe liderada pelo professor Oskar Painter projetou, obteve e resfriou cavidades ópticas nanométricas em uma nanoviga de silício, na qual são feitos buracos da ordem de 200 nanômetros que ocupam posições previamente estudadas. A nanoviga tem 560 nanômetros de largura e 15 microns de comprimento e é visível ao microscópio convencional. O mícron e o nanômetro são, respectivamente, a milionésima e a bilionésima parte do metro. A posição geométrica dos buracos na nanoviga permite que apenas uma freqüência (cor) de um laser, ou fótons, possa ser confinada na região central da nanoviga formando uma cavidade óptica.

A figura 1 representa a nanoviga e toda a estrutura de silício que lhe dá suporte. Thiago explica que, para interagir com o sistema, a luz laser é conduzida por uma fibra óptica mantida próxima à região central da nanoviga, conforme mostra a figura 2. É nesta região que os fótons ficam concentrados e confinados em decorrência tanto da diferença do índice de refração entre o silício e o ar, quanto da geometria e periodicidade dos pequenos buracos ao longo dela, formando um cristal fotônico. Nestes sistemas são dispostos de forma alternada e sucessiva dois materiais de índices de refração diferentes, No caso da nanoviga utilizada intercalam-se silício e ar (buracos). Com isso, forma-se uma região transparente a apenas uma frequência de luz (cor), sendo então todas as demais frequências refletidas pelo material.

Este efeito é similar ao que dá às borboletas sua coloração azulada, pois na natureza a alternância de pequenas estruturas nas asas deste inseto leva à reflexão apenas da cor azul. Ou seja, a coloração observada resulta dessas estruturas e não da pigmentação. A utilização deste efeito permite criar uma cavidade óptica em que um determinado tipo de luz (fótons) fica confinado em uma pequena região.

O sistema determinado por essas cavidades ópticas têm a propriedade de também servir de oscilador mecânico e aprisionar fônons, que são partículas associadas com oscilações mecânicas assim como os fótons estão associados com as oscilações eletromagnéticas (luz). A figura 3 mostra a região em que se dá a oscilação. Ao confinar o campo óptico e o campo mecânico em uma mesma região promove-se uma grande interação entre fótons e fônons. Alegre observa que a medida da diferença entre o tipo de fóton (luz) que entra e o tipo de luz que sai da cavidade permite informações sobre o sistema. Através da caracterização da luz que sai consegue-se determinar o movimento da cavidade e associar essa vibração à sua temperatura interna.

Os fótons que entraram na cavidade exercem força em suas paredes e ao empurrá-la mudam seu tamanho, o que facilita o escape de fótons, provocando a diminuição das forças que atuam na cavidade. Nesse processo dinâmico, essas forças atuantes aumentam e diminuem alternadamente. Esse ciclo de alimentação permite interferir no sistema, de modo a frear o movimento de vibração. Manipulando a cor da luz colocada no sistema, controla-se a alternância da força que atua na nanovigota e que a faz vibrar. Com uma força capaz de se opor à vibração, consegue-se parar o movimento ou então, inversamente, provocar aumento da vibração até criar um oscilador.

O pesquisador esclarece que, escolhendo cuidadosamente a frequência do laser de excitação, o grupo conseguiu extrair energia mecânica através da luz que sai da cavidade, o que leva ao resfriamento do sistema. “Isso acontece porque a cavidade prefere espalhar a luz de determinada frequência. Quando a diferença entre essa frequência natural da cavidade e a frequência do laser incidente se iguala à frequência com que a oscilação mecânica ocorre, pode-se intervir nessa oscilação de forma a ampliá-la ou até anulá-la. Dessa forma cria-se uma interface eficiente entre um sistema óptico e um sistema mecânico em que a informação pode fluir de um para outro. Em outras palavras: para ser aprisionada na cavidade óptica a luz, com energia menor que a cavidade, precisa ganhar energia, mudando de cor, o que é possível absorvendo energia mecânica do sistema, que é assim resfriado. O sistema se mostrou tão eficiente que os pesquisadores conseguiram congelar e medir as vibrações em nível equivalente a um fônon”, diz ele.

Alegre lembra que um dos recursos utilizados para estudar efeitos quânticos em escala macroscópica – assim considerado o sistema montado – tem sido a utilização de temperaturas próximas ao zero absoluto. Por isso o primeiro passo é levar o sistema ao estado fundamental – que é aquele em que cessam todos os movimentos – baixando sua temperatura global até poucas dezenas de milikelvin. Para chegar a esse estado fundamental é necessário trabalhar com temperaturas próximas do zero absoluto, o que é bastante complexo e caro, por isso, afirma ele, “não baixamos a temperatura global do sistema e optamos por trabalhar em uma temperatura de cerca de 20 kelvin (cerca de -250 oC). Ou seja, em vez de baixar a temperatura de todo o sistema criamos um caminho óptico para que apenas o modo vibracional chegasse próximo do zero kelvin”.

News& Views

Na secção News&Views da mesma edição da Nature, Florian Marquardt, que faz a apresentação do artigo, lembra o conhecido efeito da luz solar que é capaz de empurrar sólidos, a exemplo do que ocorre com a cauda dos cometas que se deslocam para o lado oposto à sua incidência. Nos últimos anos os pesquisadores aprenderam a aproveitar essas forças da luz no mundo nano e usá-las para manipular as vibrações mecânicas de pequenos objetos. Esclarece que a equipe do professor Oskar Painter descreve como explorou a luz do laser para amortecer o movimento de um ressonador nanomecânico. Acrescenta que o experimento constitui a primeira tentativa bem-sucedida em expurgar todos os fônons para fora do ressonador, deixando as vibrações do sistema no estado de energia mais baixo possível permitido pela mecânica quântica: o estado fundamental. Considera ainda que os resultados pavimentam o caminho para a utilização da luz na realização de muitos outros fenômenos quânticos físicos em tais estruturas.

Alem de Thiago Alegre, participaram da elaboração do artigo que trata do “Resfriamento a laser de um oscilador nanomecânico até o seu estado quântico fundamenta” (Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state) o pesquisador Markus Aspelmeyer e o pós-doutorando Simon Gröbracher, do Vienna Center of Quantum Science and Technology, e os doutorandos do Caltech Jasper Chan, primeiro autor, Amir Safavi-Naeini, Jeff Hill e Alex Krause.

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■ Publicações

Artigo: Laser cooling of a nanomechanical oscillator into its quantum ground state
Autores: Jasper Chan, Amir Safavi-Naeini, Jeff Hill e Alex Krause, Markus Aspelmeyer, Simon Gröbracher, Thiago Alegre
Revista Nature

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FONTE: http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/novembro2011/capa515.php

DIA DO FÍSICO

2011-05-19T16:07:00.000-03:00

19 de maio, dia do Físico.

100 anos com o núcleo atômico

2011-02-26T16:26:00.000-03:00

Matéria publicada na revista Ciência Hoje, vou reproduzi-la aqui no blog, pois é assunto certo nos vestibulares deste ano:

Há um século, o físico neozelandês Ernest Rutherford anunciava que o átomo tem uma região central ultraminúscula que concentra toda sua carga elétrica positiva e quase toda sua massa. Conheça a história da descoberta dessa região, batizada de núcleo atômico, em artigo da CH.

Por: Odilon A. P. Tavares

O físico neozelandês Ernest Rutherford foi o responsável pela descoberta, há um século, do núcleo atômico. (imagem: reprodução)

Há exatos 100 anos, um dos maiores cientistas de todos os tempos, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871−1937), faria um anúncio que mudaria para sempre os rumos da ciência: o átomo tem uma região central ultraminúscula, na qual está concentrada toda sua carga elétrica e praticamente toda sua massa. Esse caroço central foi batizado por ele de núcleo atômico.

As tecnologias decorrentes do conhecimento sobre o núcleo atômico vêm proporcionando à humanidade melhor saúde, conforto e bem-estar

O conhecimento sobre essa diminuta região de matéria e as tecnologias daí decorrentes vêm desde então proporcionando à humanidade melhor saúde, conforto e bem-estar.

Em 1898, Rutherford, então com 27 anos, aceitou o honroso cargo de Professor na Universidade McGill, em Montreal (Canadá), onde permaneceria por nove anos. Três anos antes, ele havia sido agraciado com uma bolsa de estudos e deslocou-se de Christchurch (Nova Zelândia), onde havia se formado no Canterbury College, para a Universidade de Cambridge (Inglaterra), onde trabalharia sob a tutela do físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940), descobridor do elétron.

Aquele final de século era um período de grande entusiasmo científico, sobretudo para os físicos e químicos, em função da descoberta de novos fenômenos.

O período canadense seria frutífero na carreira de Rutherford. Lá, ele dispunha de um laboratório bem equipado e um bom estoque de brometo de rádio, na época um composto raríssimo e, por isso, bastante caro. Um ano depois de sua chegada, descobriu um gás nobre, radioativo, que, mais tarde, recebeu o nome radônio.

Nessa época, Rutherford propôs a ‘árvore genealógica’ das famílias de dois elementos radioativos, o urânio e o tório. Concluiu ainda que as partículas alfa emitidas pelo rádio e o radônio tinham carga elétrica positiva, por causa dos desvios observados quando elas passavam por campos elétricos fortes. Nessa mesma ocasião, Soddy e o químico escocês William Ramsey (1852-1916) observaram algo igualmente importante: o gás hélio era emitido por sais de rádio.Em Montreal, Rutherford conheceu o químico inglês Frederick Soddy (1877-1956), que se tornou seu assistente e colaborador por anos. Juntos, em 1902, fariam uma descoberta importante: um elemento se transforma (ou se desintegra, ou decai) em outro, em decorrência da emissão espontânea de raios alfa ou beta. Essa é a chamada transmutação dos elementos radioativos.

Contagem de alfas

Em 1907, agora na Universidade de Manchester (Inglaterra), Rutherford reuniu ao redor de si jovens talentosos que o assistiram em experimentos que confirmaram serem as partículas alfa corpúsculos de carga elétrica positiva. Com um desses assistentes, o físico alemão Johannes Geiger (1882-1945), Rutherford desenvolveu um equipamento capaz de contar partículas alfa individualizadas – conhecido mais tarde como contador Geiger.

Um método de contagem desenvolvido por Rutherford e Geiger tornou-se a ferramenta principal de trabalho nos experimentos de detecção de partículas alfa

Uma técnica alternativa para contagem de partículas alfa, entretanto, foi também aprimorada por Rutherford e Geiger, quando tomaram conhecimento, em 1908, por meio de uma carta do químico alemão Otto Hahn (1879-1968), com quem Rutherford havia trabalhado em Montreal, de que era possível visualizar sinais luminosos (cintilações) produzidos pelos raios alfa, quando estes atingiam uma tela revestida com uma camada de sulfeto de zinco (sal que tem a propriedade de luminescência).

Esse método de contagem por cintilação tornou-se a ferramenta principal de trabalho nos experimentos que envolviam detecção de partículas alfa.

No ano seguinte (1909), com a ajuda do físico inglês Thomas Royds (1884-1955), Rutherford identificou os raios alfa como sendo átomos do gás hélio que perderam seus dois elétrons. Portanto, íons de carga elétrica dupla e positiva."

Versão Integral na revista Ciência Hoje: AQUI

Resgate no Chile

2010-10-14T21:00:00.000-03:00

Belo estudo sobre o resgate dos mineiros do Chile, feito pelo professor Dulcidio Braz Jr.

Segue o link: Física na Veia.

Planetas na janela

2010-08-12T20:21:00.000-03:00

Acabei de fotografar a Lua e mais três planetas em conjunção diante de minha Janela.

Durante os últimos 20 dias e nos próximos 3 dias este fenômeno aparece todos os dias diante de nós, mas muitas vezes achamos que trata-se de estrelas, mas na foto identifico os planetas Vênus (que muitos chamam de estrela Dalva), Saturno (o dos anéis) e Marte.

Foto tirada da janela do meu apartamento em Valinhos/SP, no dia 12/08/2010

Planetas com a legenda.

Clique nas fotos para ampliar.

A aparência de proximidade entre os planetas é possível por eles estarem alinhados. Para ficar fácil de entender o alinhamento segue abaixo o esquema feito pelo professor Dulcidio Braz Jr, autor do BLOG "FÍSICA NA VEIA", que considero o melhor blog de física.

Então corra para a janela e veja os planetas olhando para você.

Máquina do Big Bang fará teste com energia inédita no próximo dia 30

2010-03-28T22:38:00.001-03:00

esta terça (30/04) o LHC fará novos testes.

Veja a notícia no UOL.

Criação Imperfeita

2010-03-25T14:43:00.009-03:00

O Físico Marcelo Gleiser está lançando seu novo livro neste mês: "Criação Imperfeita".

Surpreso acabei de receber um e-mail da empresa que está promovendo o livro, e eles estão me oferecendo um exemplar para sortear entre os leitores do meu blog. Assim que receber o exemplar farei esta promoção.

Além disso, a editora irá promover um concurso cultural onde os participantes devem enviar uma frase para o hotsite para concorrer a um exemplar do livro.

http://www.record.com.br/criacaoimperfeita/

Segue um vídeo com o próprio autor falando do novo livro:

Entrevista no Jô Soares (24/03/2010) falando do livro e do fim do mundo em 2012:

2012 - O FIM DO MUNDO

2010-03-21T18:50:00.005-03:00

Como já expliquei em várias aulas o mundo não acabará em 2012, como interpretaram o calendário maia. Segue uma matéria escrita pelo físico brasileiro Marcelo Gleiser:

MARCELO GLEISER

2012: O mundo não vai acabar

Certamente, os maias não sabiam nada sobre a fusão nuclear

O ataque é constante, um dilúvio de cataclismos horrendos que marcam o fim do mundo: tudo isso ocorrendo no dia 21 de dezembro de 2012 (ou será no dia 23?). Pelo mundo afora, milhões de pessoas escrevem em blogs, rezam, formam grupos e portais de "informação", acreditando que essas previsões sejam diversas do "bug do milênio" (alguém se lembra?) ou de centenas de outras profecias apocalípticas que falharam e que as pessoas têm uma incrível habilidade de esquecer.

Gostaria de contra-atacar essa onda de medos apocalípticos usando, sim, a luz da ciência e da razão. Mesmo que muitas dessas previsões sejam supostamente baseadas em ciência, a verdade é que não são. Se fossem, deveríamos levá-las a sério (o Sol, é verdade, explodirá em 5 bilhões de anos).

1) Fim do calendário maia: Deixando de lado o fato de que os maias não tinham como prever o fim do mundo, vamos examinar a "evidência" que mostra a relação entre o fim do calendário deles e o fim do mundo.

Os especialistas Linda Schele e David Freidel encontraram referências a eventos ocorrendo muito após o fim do calendário. Outros afirmam que a noção judaico-cristã de apocalipse não fazia parte da cultura maia. A fonte da profecia vem de um local no México chamado Tortuguero.

Especialistas mal conseguem decifrar os fragmentos encontrados lá: "O décimo terceiro [b'ak'tun] termina (no) 4 Ajaw, o 3º do Uniiw [3 K'ank'in]. Preto...ocorrerá. (Será) a queda (?) de Bolon Yookte" K'uh ao grande (ou vermelho?)..." Desse fragmento a uma previsão do fim do mundo baseada no profundo conhecimento cósmico dos maias é um salto vergonhoso.

2) Alinhamento galáctico: Alguns afirmam que os maias sabiam do alinhamento periódico entre o Sol, a Terra e o centro da nossa galáxia. Afirmam também que esse alinhamento causará o fim do mundo. A verdade é que esse alinhamento aproximado ocorre todo mês de dezembro. E a Terra sobrevive há mais de 4 bilhões de anos! Mesmo que todos os planetas se alinhassem -o que não ocorrerá em 2012 ou nas próximas décadas-, o efeito sobre a Terra seria desprezível.

Lembre-se de que a força da gravidade cai em proporção ao quadrado da distância. Se somarmos todas as massas dos planetas, obtemos em torno de 450 massas da Terra. O Sol, sozinho, tem uma massa 332 mil vezes maior do que a da Terra! Ou seja, a perturbação causada pelos planetas ou pelo centro galáctico é irrelevante.

3) Planeta Nibiru (ou Planeta X): Supostamente, os sumérios sabiam de um planeta que vai colidir com a Terra em 2012. Acontece que esse planeta simplesmente não existe! Se existisse, teria já sido detectado por astrônomos. Se fosse colidir com a Terra em 2012, seria visível a olho nu. Um objeto dessa magnitude causaria (pequenas) perturbações em outros planetas e asteroides facilmente detectáveis.

4) Tempestade solar: O Sol tem um ciclo de atividade de 11 anos e o próximo máximo ocorre entre 2012 e 2014. Plasma lançado da sua superfície pode atingir a Terra, causando auroras em altas latitudes. Alguns distúrbios mais violentos podem danificar satélites e causar apagões. O Sol poderia nos causar problemas sérios, mas não há previsão de que isso vá ocorrer em 2012 ou nos próximos milhões de anos.

Certamente, os maias não sabiam nada sobre a fusão nuclear.

Esse frenesi todo é irracional, promulgado por alguns setores dos meios de comunicação e oportunistas. Quem escolhe acreditar nisso está fechando os olhos para 400 anos de ciência, preferindo viver escravizado por medos que pertencem à Idade Média.

MARCELO GLEISER é professor de física teórica no Dartmouth College, em Hanover (EUA) e autor do livro "Criação Imperfeita"

CURSO SISTEMA SOLAR

2009-06-15T22:56:00.005-03:00

O Observatório Nacional, no Rio de Janeiro, está oferecendo um curso à distância de Astrofísica do Sistema Solar.

O curso é gratuito e realizado pela internet.

Informações clique aqui.

O material pode ser usado mesmo por quem não estiver inscrito, clique aqui.

Hora do Planeta

2009-03-26T18:25:00.007-03:00

Dia 28/03, vamos desligar as lâmpadas as 20h30.

WWF Brasil

Novo Disco do Metallica!

2008-10-11T00:46:00.008-03:00

Mais um grande disco de uma das maiores bandas de Rock da história... mas o que isto tem a ver com a física?

A resposta está na capa do disco:

O título do novo disco é Death Magnétic, e apresenta as linhas de campo magnético em torno de um caixão, como se este fosse um ímã. Esta imagem é obtido colocando-se um ímã sob uma folha de papel e despejando limalha de ferro (pó de ferro) sobre a folha, os fragmentos metálicos se alinham mostrando as linhas de campo magnético em torno do ímã, que são invisíveis.

A maior concentração das linhas de campo indica uma intensidade maior do campo magnético, e isto ocorre nos pólos do ímã. Por definição elas saem do pólo norte em direção ao pólo sul. Podemos "ver" o campo usando uma bússola, onde a agulha alinha-se com ele, podendo ser a representação do vetor campo magnético.

Aqui temos um vídeo que mostra este fenômeno:

Este campo magnético também está presente no Planeta Terra, mas falaremos disto em outra postagem.

Mas não foi apenas o Metallica que usou uma imagem clássica da física em seu disco, a lendária banda Pink Floyd já fez uso deste recurso na década de 70, compondo uma das capas mais conhecidas de todos os tempos, no melhor disco da história da banda (minha opinião), o albúm "The Dark Side Of The Moon".

Neste disco temos a decomposição da luz feita por uma rede de difração. Este fenômeno ocorre devido a refração da luz branca ao atravessar um prisma, gerando a separação das cores. Ao emergir temos o espectro da luz, nas cores Vermelho, Laranja, Amarelo, Verde, Azul, Anil e Violeta.

É isso ai, as maiores bandas da história também usam a física como forma de arte.

Maurren Maggi, a voadora!

2008-08-22T17:15:00.014-03:00

Foto: Marcelo Pereira/Terra

Mais um ouro para o Brasil em Pequim, desta vez o primeiro feminino individual na história para o nosso país.
Depois de 3 anos afastada de competições voltou e foi campeã. Mas vamos analisar fisicamente seu salto.
No salto em distância temos um lançamento oblíquo (balística), onde para um maior alcance horizontal (objetivo do salto) o atleta deve pular formando um angulo de 45^o com a horizontal, associado a uma grande velocidade.
Com o valor da aceleração da gravidade local e o alcance horizontal, podemos calcular a velocidade da atleta no início do salto (vo), o tempo de vôo e a altura máxima atingida por ela.

O tempo de vôo do atleta é dado por:

O alcance horizontal (D) é dado por:

Substituindo a primeira na segunda temos:

Como:

O alcance é dado por:

Considerando que a Maurren conseguiu o ângulo perfeito de 45^O e sabendo-se que g=9,8m/s² e seu alcance foi de 7,04m, temos:

Portanto sua velocidade no momento de lançamento foi de aproximadamente 30km/h.

O tempo no ar é dado por:

Sua altura máxima foi:

O tempo usado neste cálculo foi metade do total, pois é o tempo para a atleta atingir a altura máxima.

Parabéns Maurren Maggi!

PHELPS X CIELO

2008-08-18T22:06:00.009-03:00

Quem é o homem mais rápido dentro da água?

Depois da fantástica semana da natação nas olimpíadas, com vários recordes batidos, tivemos dois grandes destaques: o norte americano Michael Phelps, com 8 ouros olímpicos, e o brasileiro César Cielo, ouro nos 50m livre e bronze nos 100m livre.

Agora quem é o mais rápido destes dois? Vamos calcular.

A velocidade média é dada por:

A prova mais rápida do americano foi nos "200m livre", com o tempo de 1min 42,96s (102,96s):

A prova mais rápida do brasileiro foi nos "50m livre", com o tempo de 21,30s:

Portanto o homem mais rápido dentro da água é o brasileiro César Cielo.

Desta forma o Americano Phelps é o melhor nadador e atleta olímpico de toda história, devido suas conquistas mas, atualmente, César Cielo é o nadador que tem a maior velocidade em todo o mundo.

Parabéns César Cielo!

Olho eletrônico

2008-08-08T18:13:00.008-03:00

Nesta semana em uma das minhas aulas de óptica, sobre o olho humano, surgiu uma discussão sobre o uso de sensores de câmera digital, acoplado eletronicamente ao cérebro, para a geração de imagens para pessoas cegas.
A grande dificuldade neste tipo de aplicação seria a ligação dos sensores eletrônicos aos neurônios, mas acredito que um dia isto será possível.
Coincidentemente na edição desta semana da revista NATURE saiu uma matéria sobre o desenvolvimento do olho eletrônico:
A seguir a matéria a respeito deste trabalho na revista da FAPESP:

7/8/2008

Agência FAPESP – Em uma das cenas mais memoráveis de O Exterminador do Futuro

(1984), o andróide vivido por Arnold Schwarzenegger remove um globo ocular que acabara de ser destruído, atira a peça em uma pia e deixa no lugar apenas os circuitos eletrônicos, que esconde com óculos escuros.

Olhos biônicos ou retinas artificiais como as vistas em diversos filmes de ficção científica – Blade Runner (1982) é outro famoso exemplo – estão mais próximas de se tornarem realidade. O motivo é a conquista de um grupo de pesquisadores nos Estados Unidos, que desenvolveu uma câmera eletrônica que muito lembra o olho humano.

Todos os animais têm sistemas de captação de imagem curvos, mas os dispositivos artificiais, como câmeras digitais, empregam superfícies planas. No novo olho eletrônico a captação é feita por uma superfície curva, como a da retina. A novidade foi descrita em artigo na edição desta quinta-feira (7/8) da Nature.

Segundo a revista, o dispositivo simplificará os componentes ópticos usados em câmeras minúsculas e a abordagem de produção de superfícies eletrônicas curvas poderá ter implicações no desenvolvimento de próteses e de dispositivos de monitoramento biológico.

As tecnologias eletrônicas de captação de imagem existentes foram desenvolvidas para uso em materiais semicondutores rígidos, como folhas de vidro ou plástico, que são naturalmente planas. Há duas décadas que cientistas têm tentado desenvolver sistemas em superfícies curvas, mas sem sucesso.

John Rogers, da Universidade de Illinois, e colegas usaram materiais tradicionais de fabricação de sistemas optoeletrônicos em superfícies bidimensionais, mas com a adoção de designs incomuns, que tornaram possível que o dispositivo pudesse ser comprimido e esticado.

Ou seja, os pesquisadores mostraram que layouts planos podem ser transformados em formas curvas, as quais – no caso de sistemas de captação de imagem – permitem ângulos de visão maiores, dispositivos de tamanhos mais compactos e menos distorção nas imagens produzidas.

“Algumas das mais empolgantes áreas para aplicação no futuro envolvem a integração íntima de eletrônicos com o corpo humano, de modos inconcebíveis com as tecnologias atuais. Estamos trabalhando ativamente para explorar possibilidades em monitores de saúde, dispositivos protéticos e sistemas terapêuticos”, disse Rogers.

O artigo A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics, de John Rogers e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.

Aniversário do telescópio Hubble

2008-04-30T18:13:00.007-03:00

O material, produzido a partir das investigações feitas pelas agências espaciais norte-americana (Nasa) e européia (ESA), revela formas espetaculares geradas a partir da colisão entre galáxias a milhões de anos-luz da Terra.

O telescópio entrou em órbita em 1990, pela nave Discovery, após oito anos em construção. Seu nome foi escolhido em homenagem a Edwin Hubble, cujas observações confirmou que o universo estava em expansão.

A princípio, sua missão acaba em 2010, mas a Nasa já sinalizou que, com reparos previstos para serem feitos este anos, sua vida útil deve se estender até 2013.

Confira algumas curiosidades sobre o Hubble:

Custo de lançamento: US$ 1,5 bilhão
Distância da Terra: cerca de 600 km da superfície
Tempo que leva para completar a órbita: 97 minutos
O que o telescópio não pode ver: o Sol e Mercúrio
Volume de informações coletadas: 3 a 4 gigabytes por dia
Energia consumida: em uma órbita média, aproximadamente 3.000 watts

Veja mais no Site do Hubble: http://hubblesite.org/
Fotografias : http://hubblesite.org/gallery/album/entire_collection/

Grande Colisionador de Hádrons (LHC)

2008-04-08T20:41:00.012-03:00

Vocês vão ouvir muito a respeito do laboratório do CERN, onde está sendo finalizada a construção do maior acelerador de partículas do mundo. Ele fica na fronteira da França com a Suíça, em Genebra. Sua inauguração deve ocorrer no meio do ano, certamente será explorado em questões nos vestibulares no final do ano. Algumas polêmicas já estão sendo geradas, uma delas é sobre a simulação do Big Bang, onde alguns cientistas acham que ela pode destruir o mundo. eu discordo.

Segue uma matéria que saiu no Estadão:

Cientistas querem proibir simulação do 'Big Bang'

Pesquisadores entraram com processo para barrar teste porque acham que experimentos podem ser fatais

Jamil Chade - O Estado de S. Paulo

Reprodução

Experimento seria 'fatal', dizem pesquisadores

GENEBRA - Cientistas abrem um processo contra o maior laboratório de física do mundo para evitar, segundo eles, o fim do mundo. Em Genebra, o Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) irá promover em julho a maior experiência da física nas últimas décadas, fazendo com que dois átomos se choquem em uma alta velocidade e permitindo, assim, o estudo de como teria sido o 'Big Bang'.

A reportagem do Estado teve acesso ao túnel de US$ 8 bilhões criado pelos engenheiros para permitir que o acelerador gigante de partículas seja instalado. O CERN garante que não existem riscos. Mas, na corte federal do Havaí, os cientistas Walter Wagner e Luis Sancho alertam que o choque de protons poderia produzir um buraco negro ou algo que acabaria engolindo a terra.

O processo também acusa o laboratório na fronteira entre a Suíça e a França de não ter feito os estudos ambientais necessários e que as consequèncias do teste poderiam ser fatais. O teste está marcado para meados do ano, depois de vários atrasos e mais de 14 anos de estudos com cientistas de todo o mundo, inclusive brasileiros.

A idéia é estudar a criação de energia no segundo seguinte ao 'Big Bang', além do impacto que o fenômeno teve sobre a vida no universo. A esperança dos cientistas é de que se possa entender melhor como a vida foi criada. Para gerar a velocidade necessária, os cientistas criaram um tunel gigante subterraneo ao redor de Genebra e passando pelo território francês.

O CERN garante que os riscos não existem e que o processo não faz qualquer sentido. Mas a esperança dos cientistas é de que a corte americana dé uma ordem para que os testes sejam cancelados até que fique comprovado sua segurança. O Departamento de Energia dos Estados Unidos, que também fará parte dos testes, é um dos acusados no processo.

Uma audiência em Honolulu está marcada para o dia 16 de junho, poucas semanas antes do teste. A rigor, o CERN não precisaria estar presente, já que não responde à Justiça americana. Em Genebra, os diretores da entidade intergovernamental ironizam o processo. Mas o problema é que o governo dos Estados Unidos é um dos principais atores no projeto e, se a corte tomar uma decisão a favor dos cientistas, Washington teria de reavaliar sua participação. Na prática, o caso poderia atrasar mais uma vez os testes.

A assessoria de imprensa do CERN afirmou não ter entendido o motivo do processo nessa fase do projeto. "Não há nada de novo para que se conclua que o acelerador não seja seguro", afirmou James Gillies, porta-voz do laboratório. Na próxima semana, o laboratório promete divulgar seu terceiro e
último relatório sobre a segurança do teste. Nos dois primeiros, o Cern garante ficou confirmado que não há riscos nem para Genebra, França ou para o mundo. Mesmo assim, o centro de pesquisas decidiu criar mais um grupo de trabalho para avaliar o caso. Um relatório teria de ser apresentado há dois meses. Mas até agora nada foi divulgado.

Avião de papel espacial?

2008-04-02T14:44:00.002-03:00

Por isso Físico tem fama de maluco, olha o que os Japas estão fazendo:

TÓQUIO (AFP) - A Agência Espacial Japonesa (Jaxa) lançará um avião de papel da Estação Espacial Internacional (ISS), um experimento que trata com seriedade e do qual espera tirar conclusões para a construção de futuros instrumentos espaciais.

Segundo a agência, aviões de papel dobrado com a forma de uma nave espacial americana passaram em janeiro por testes hipersônicos na Universidade de Tóquio.

Estes cortes de papel especial, de sete centímetros de comprimento e dois de largura, resistiram às velocidades de Mach-7 (sete vezes a velocidade do som) e a temperaturas de 200 graus Celsius, informou a Associação Japonesa de Aviões de Origami, dedicada à tradicional arte japonesa que consiste em dobrar folhas de papel e que estimulou a idéia.

As condições do experimento se assimilam às que enfrentam os instrumentos espaciais quando entram em contato com a atmosfera terrestre.

A primeira experiência foi um sucesso graças ao tipo de papel utilizado, vitrificado e tratado quimicamente, para resistir a temperaturas extremas.

"O retorno do espaço do avião de papel nos dará idéias para conceber novos instrumentos", explicou Shinji Suzuki, professor do departamento de aeronáutica e astronáutica da Universidade de Tóquio.

O principal problema do experimento, previsto para acontecer em um prazo de três anos, é prever onde pousará o avião de papel.

Para isto várias soluções já foram pensadas, como acoplar um minitransmissor até mesmo escrever nele em vários idiomas "Por favor nos avisem se encontrar isto".

Teste no túnel de vento da universidade de Tóquio

Diversão

2008-04-02T14:34:00.000-03:00

Só tem louco...
Tem professor ficando maluco, segue o link do blog do Carlão de Itatiba: http://carlospanzarin.blogspot.com/ o FORA DO AR, e do Felão (Valinhos e Itatiba): http://cabecamurcha.blogspot.com/ o CABEÇA MURCHA.

As digitais de Einstein em nosso cotidiano

2008-03-22T23:23:00.001-03:00

Coluna do Professor Carlos Alberto dos Santos (Universidade Estadual do Rio Grande do Sul). Publicada na revista Ciência Hoje On-line

No último dia 20, apresentei uma palestra em Porto Alegre, no evento “Einstein e a Inovação”, organizado pela revista Amanhã para premiar as empresas mais inovadoras da região Sul. Na palestra, intitulada “Einstein: quebrando paradigmas, produzindo inovações”, apresentei aquilo que costumo denominar “as digitais de Einstein em nosso cotidiano”. Embora eu tenha apresentado muitas palestras durante o ano de 2005 em torno desse tema, ainda não tinha me dado ao trabalho de transformar o conteúdo em material impresso ou disponibilizá-lo na internet.

Os físicos alemães Albert Einstein e Max Planck em foto de 1929. A explicação de Einstein para o efeito fotoelétrico, contribuição que lhe valeu o Nobel, permitiu demonstrar que a constante formulada por Planck era universal (foto: Landesmuseum für Technik und Arbeit).

As contribuições do alemão Albert Einstein (1879-1955) nos diversos ramos da física e suas repercussões em aplicações tecnológicas são tão numerosas que dificultam a preparação de um texto como este. Se o critério de seleção for muito flexível, chegaremos virtualmente a todas as áreas do conhecimento. Não seria um exagero dizer que há digitais de Einstein em toda parte. Isso não quer dizer, porém, que seus trabalhos tenham sido fundamentais em todas as áreas. Significa apenas que, para onde quer que se olhe, veremos algum sinal de que Einstein passou por ali.

ergunte a alguém que tenha algum conhecimento da biografia de Einstein qual é sua maior contribuição para a tecnologia e provavelmente vai ouvir como resposta: a explicação do efeito fotoelétrico. Este fenômeno, descoberto pelo físico alemão Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) em 1887, ocorre quando determinado tipo de radiação (luz visível, luz ultravioleta, raios X, entre outras) atinge a superfície de determinados materiais, provocando a ejeção de elétrons.

A explicação do fenômeno desafiou a inteligência humana durante mais de dezessete anos, até o dia em que Einstein teve a idéia de imaginar o feixe da radiação como um conjunto de partículas, cada uma com energia igual à freqüência da radiação multiplicada pela constante de Planck. Foi uma idéia brilhante e audaciosa, uma vez que o próprio Max Planck (1858-1947) acreditava que sua constante não passava de um artifício matemático criado, em 1900, para explicar a radiação de corpo negro.

Constante universal

A teoria do efeito fotoelétrico valeu a Einstein o Nobel de Física de 1921, mas não por causa das suas aplicações tecnológicas. Foi por demonstrar que a constante de Planck era universal, isto é, era algo que deveria se manifestar em diferentes fenômenos físicos. Dito de outro modo, qualquer fenômeno envolvendo a luz deveria ter a participação da constante de Planck na sua explicação.

Esse resultado provocou duas reações opostas. De um lado inspirou o jovem Niels Bohr (1885-1962) no desenvolvimento do seu modelo atômico, que teve como conseqüência o surgimento da teoria quântica, que valeu ao dinamarquês o Nobel de 1922. Por outro lado, o resultado despertou a desconfiança do americano Robert Millikan (1868-1953), que passou 11 anos realizando experimentos para mostrar que Einstein estava errado.

Em 1916, Millikan publicou um artigo mostrando que a teoria do efeito fotoelétrico estava correta. Esse trabalho foi consagrado pela história da ciência como a mais precisa determinação experimental da constante de Planck. Pela determinação da carga do elétron e pela verificação experimental da equação de Einstein para o efeito fotoelétrico, ele ganhou o Nobel de 1923.

Dispositivos como as células fotovoltaicas, usadas na fabricação dos painéis solares, utilizam o efeito elétrico em sua concepção. A primeira célula solar, no entanto, foi produzida antes da explicação desse fenômeno por Einstein (foto: Ian Britton / FreeFoto.com).

Portanto, ao contrário do que muitos imaginam, a mais relevante contribuição de Einstein com o efeito fotoelétrico não se refere às suas aplicações tecnológicas, mas à porta que ele abriu para a teoria quântica.

Na verdade, vários dispositivos que utilizam o efeito fotoelétrico na sua concepção já haviam sido fabricados antes da teoria apresentada por Einstein. Um exemplo interessante é a célula fotovoltaica, muito utilizada atualmente para a fabricação de painéis solares. Embora esse dispositivo, como hoje o conhecemos, tenha sido desenvolvido nos anos 1940, vale registrar que em 1884 o norte-americano Charles Fritts construiu o que hoje é reconhecido como a primeira célula solar – três anos antes da descoberta de Hertz.

Aplicações da relatividade

E a teoria da relatividade, pela qual Einstein é geralmente conhecido, e que para muitos não tem qualquer conexão com nosso cotidiano? O que mais surpreende alguém com pouco conhecimento de física é saber que essa teoria tem inúmeras aplicações tecnológicas. Antes de passarmos a elas, convém lembrar que existem duas teorias da relatividade. A primeira, formulada em 1905, ficou conhecida como teoria da relatividade restrita (ou especial). A segunda, elaborada a partir de 1907, cujo artigo mais importante foi publicado em 1915, foi denominada por Einstein como teoria da relatividade geral.

Em 1925, os físicos mais importantes estavam procurando uma teoria para resolver problemas com átomos de muitos elétrons, uma vez que o modelo de Bohr só funcionava bem para o caso do hidrogênio, que possui um único elétron. Quase simultaneamente surgiram três soluções, todas premiadas com o Nobel de Física.

Interessa-nos aqui considerar apenas a solução apresentada pelo inglês Paul A. M. Dirac (1902-1984) em 1928. Ele partiu da premissa de que a teoria da relatividade restrita era verdadeira para demonstrar a existência do spin do elétron (algo como uma rotação em torno do seu próprio eixo) a partir de fundamentos teóricos, e não de uma hipótese baseada em dados experimentais. Isso ficou conhecido como teoria relativística para o elétron.

A exploração da energia nuclear também é tributária dos trabalhos de Einstein, que demonstrou com a famosa equação E=mc ² a equivalência entre a massa e a energia de um corpo (foto: Climage Change Connection).

Uma conseqüência imediata da teoria de Dirac foi a previsão do pósitron, uma partícula positiva com massa igual à do elétron, experimentalmente observada em 1933 pelo norte-americano Carl Anderson (Nobel de Física de 1936). Na linguagem da física, o pósitron é a antipartícula do elétron. Atualmente ele é usado em uma técnica de tomografia conhecida como tomografia com emissão de pósitrons. A teoria relativística de Dirac impulsionou sobremaneira os estudos que resultaram no desenvolvimento da física de semicondutores que, por sua vez, originou a indústria eletrônica. Portanto, quando você olha para um equipamento eletrônico, vai ver as digitais de Einstein lá no início daquela tecnologia.

Outra aplicação impressionante da relatividade restrita é a que resultou da famosa equação E=mc ² , também conhecida como equivalência massa-energia. Essa equação apareceu em um pequeno artigo, com três páginas, publicado em setembro de 1905. Tinha um título curioso: “A inércia de um corpo depende do seu conteúdo energético?” Em linguagem coloquial, seria algo como: o que tem a massa de um corpo a ver com a sua energia? No final do artigo Einstein conclui: a massa de um corpo é uma medida do seu conteúdo energético.

O curioso nessa história é que, no artigo, Einstein aventou a possibilidade de testar a teoria com materiais radioativos descobertos por Pierre e Marie Curie em 1898. Em 1934, no entanto, quatro anos antes da descoberta da fissão nuclear, ele declarou não acreditar ser possível extrair energia em grande escala de processos nucleares. Deu no que deu: depois da fissão em 1938, vieram as tragédias de Hiroshima e Nagasaki em 1945. Embora cercada de controvérsias, a aplicação pacífica da energia nuclear está aí, com uma forte marca do gênio criativo de Albert Einstein.

“Padrinho” do laser

Outra aplicação tecnológica com as digitais de Einstein é o laser (sigla em inglês para “amplificação da luz por emissão estimulada de radiação”), presente em toda parte hoje em dia – nos consultórios médicos e odontológicos, na indústria, nos leitores de CD e DVD, nos “apontadores” que os conferencistas utilizam, nos shows musicais, e por aí vai. O primeiro laser foi fabricado no início dos anos 1960, mas a possibilidade teórica da sua fabricação surgiu em um artigo de Einstein publicado em 1916, hoje conhecido como o artigo dos coeficientes A e B de Einstein.

Esses coeficientes medem as probabilidades de emissão e absorção de radiação, conceitos essenciais para a construção do laser . Ao lado do computador, o laser foi uma das primeiras aplicações tecnológicas resultantes daquilo que antigamente se chamava física do estado sólido, denominada hoje física da matéria condensada (não nos cabe aqui discutir a sutileza entre os dois nomes). O importante é chamar a atenção para o fato de que Einstein também fez grandes contribuições nessa área.

A propósito, um dos seus últimos trabalhos relacionado com a mecânica quântica desperta atualmente grande interesse pelas possibilidades de aplicações tecnológicas. Essa história começou em 1924, quando o jovem e até então desconhecido físico indiano Satyendra Nath Bose (1894-1974) escreveu para Einstein pedindo ajuda para publicar um artigo que havia sido rejeitado pela revista inglesa Philosophical Magazine.

ratava-se de uma elegante dedução da lei de Planck, o que motivou Einstein a traduzir para o alemão e recomendar sua publicação na Zeitschrift für Physik. Em uma nota de tradutor, Einstein escreveu: “O método aqui utilizado também é útil à teoria quântica do gás ideal, como analisarei em outro lugar com mais detalhes”. No ano seguinte, ele cumpriu a promessa e ampliou a estatística quântica de Bose, dando origem ao que hoje conhecemos como estatística Bose-Einstein.

No seu artigo, Einstein concluiu que, se a temperatura de um gás baixar suficientemente, parte das suas moléculas vão para um estado de energia nula (ou quase nula). Posteriormente esse estado físico passou a ser denominado condensado Bose-Einstein. A primeira conseqüência interessante é que, nesse estado, podemos observar fenômenos quânticos em escala macroscópica, um sonho de qualquer estudioso da física. Experimentalmente isso foi obtido em 1995 e, pela façanha, seus autores ganharam o Nobel de Física de 2001.

Relatividade geral

Finalmente, chegamos à relatividade geral, uma teoria tão complexa que, na época de Einstein, costumava-se dizer que não havia mais do que uma dúzia de privilegiados capazes de compreendê-la. Entre suas várias previsões, uma foi comprovada no eclipse total do Sol, observado na cidade cearense de Sobral e na ilha de Príncipe, em 1919. Refiro-me à curvatura de um feixe de luz ao passar nas proximidades de um corpo de grande massa, como o Sol.

Cálculos derivados das teorias da relatividade geral e restrita de Einstein permitem corrigir erros nos relógios atômicos dos satélites do sistema de posicionamento global (GPS). Arte: NOAA.

Pelo desafio intelectual que a teoria impõe, ela tem atraído legiões de jovens físicos e matemáticos em todo mundo, mas também tem ajudado engenheiros a resolver um problema de nossos dias: a correção dos dados fornecidos pelos equipamentos de GPS (sistema de posicionamento global, na sigla em inglês).

Os satélites que fornecem os dados orbitam a uma altura de 20 mil quilômetros. Os dados enviados para os aparelhos de GPS baseiam-se essencialmente em distâncias e tempos. Os relógios atômicos presentes nos satélites sofrem efeitos devidos ao campo gravitacional (o tempo passa mais rápido) e à velocidade do satélite (o tempo fica mais lento). Se não houvesse essa correção, cujo cálculo depende das teorias da relatividade geral e restrita, o GPS poderia apresentar um erro de aproximadamente 11 quilômetros por dia.

Depois de tudo isso, não deve causar qualquer surpresa o fato de Einstein ter sido eleito a personalidade do século 20 pela revista Time. Para os editores, o século passado será lembrado por sua ciência e tecnologia, e ninguém melhor que Einstein para simbolizar tudo o que foi feito nesse período.

Também não impressiona o fato de mais de 20 cientistas terem levado o Nobel de Física por pesquisar temas abordados por Einstein, e tampouco a decisão da Assembléia Geral das Nações Unidas, que elegeu 2005 como o Ano Mundial da Física, para comemorar o centenário dos trabalhos de Einstein publicados em 1905. Incompreensível é que ainda haja atualmente quem tente demonstrar que Einstein plagiou esse ou aquele cientista.

Carlos Alberto dos Santos
Núcleo de Educação a Distância
Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

Auxílio para o estudo de Física

2008-03-20T15:50:00.000-03:00

Este blog tem a finalidade de auxiliar o estudo de física, principalmente para meus alunos. Nele postarei exercícios, aulas, vídeos e notícias.
Grande abraço a todos.
Fabio Teixeira