SOL

Estrelas erráticas, planetas nómadas.

 Estrelas erráticas

Os astrónomos  sabem que para  uma estrela ser expulsa de uma galáxia é necessário uma força centrífuga muito forte, do tipo da que só pode ser dada por um buraco negro supermassivo, como aquele que  existe  no núcleo da nossa galáxia, o Sagitarius A, que terá a massa de seis mil milhões de sóis!

Já tinham sido descobertas 16 estrelas com hipervelocidades, suspeitas de terem sido arremessadas pelo buraco negro supermassivo do centro da nossa galáxia. Mas, apesar de terem velocidade suficiente para abandonar a galáxia,  foram encontradas ainda no seu interior.

Astronomical Journal, relata que duas astrónomas da Universidade de Vanderbilt, Nashville, Tenesse, EUA, anunciaram a descoberta de 677 estrelas fora da Via Láctea, viajando entre a Via Láctea e a galáxia de Andrómeda, que  acreditam terem sido expulsas da mesma forma que as 16 estrelas hipervelozes já conhecidas.

A expulsão de estrelas

Existem duas situações que os astrónomos consideram capazes de expulsar uma estrela de uma galáxia através da interação com um buraco negro supermassivo.

1ª- A mais comum, é quando um par de estrelas binárias se aproxima demasiado do buraco negro.   Então  uma das estrelas é desintegrada e engolida pelo buraco negro, enquanto a outra é arremessada através do espaço com  hipervelocidade.

2ª- A mais rara, acontece quando um buraco negro está no processo de engolir outro buraco negro menor. Qualquer estrela que se aproximar demais do buraco negro binário pode ser arremessada a hipervelocidades.

Calcula-se que as estrelas  são arremessadas a velocidades  superiores a 3,2 milhões de km/h, isto é, 0,2% da velocidade da luz. Com esta velocidade, elas levariam 10 mil milhões de anos para percorrer os 50.000 anos-luz, o raio da Via Láctea, desde o centro até ao seu  bordo, considerando os efeitos relativísticos da alta velocidade e a diminuição da velocidade pelos efeitos gravitacionais.

No seu trabalho para entender o buraco negro supermassivo do centro da nossa galáxia, Kelly Holley-Bockelmann imaginou que deveria haver estrelas a viajar entre as duas galáxias gémeas, a Via Láctea e Andrómeda, e que estas estrelas seriam distinguíveis das outras estrelas por serem gigantes vermelhas com alta metalicidade, ou alta proporção de outros elementos além do hidrogénio e hélio.

A alta metalicidade indica que a estrela se formou próxima do centro da galáxia, longe da posição em que se encontra. Calculou que se uma estrela anã amarela, como o nosso Sol, fosse ejectada pelo buraco negro, ela continuaria envelhecendo e, quando deixasse a galáxia, já estaria no estágio de gigante vermelha. “Nós percebemos que estas estrelas erráticas devem estar lá, fora da galáxia, mas ninguém jamais as procurou. Então decidimos fazer uma tentativa”, disse Holley-Bockelmann.

A pesquisa, conduzida pela equipe da professora Holley-Bockelmann e da estudante de graduação Lauren Palladino, chegou às 677 estrelas examinando fotografias de 460 mil estrelas colectados pelo Sloan Digital Sky Survey, ou SDSS. Começaram por selecçionar fotografias de uma região do espaço, limpa, entre as duas galáxias, e selecionaram as estrelas vermelhas gigantes.

A informação do espectro luminoso foi usada para selecionar as estrelas com maior metalicidade, chegando ao conjunto final: estrelas gigantes vermelhas com alta metalicidade, que estão numa região onde não se formam estrelas deste tipo. Segundo a notícia da Universidade, o próximo passo das pesquisadoras é determinar se dentro do conjunto há alguma estrela anã vermelha que, pelo brilho mais fraco e distância menor, poderia ter sido confundida com estrelas gigantes vermelhas distantes.

A professora Holley-Bockelmann acredita que o estudo destas estrelas vai ajudar a compreender o que acontece perto do núcleo galáctico, que está oculto de nós por uma densa nuvem de poeira interestelar. Segundo estimativas da astrónoma, estas estrelas representam uma fração de milésimo da quantidade total de estrelas anãs amarelas que estão em torno do buraco negro supermassivo central. Além disso, estas estrelas poderiam dar pistas sobre a evolução de galáxias como a nossa.

Planetas nómadas

"As estrelas trocam planetas, como as equipas de baseball trocam os seus jogadores”, ironiza o físico Hagai Perets, da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, um dos autores do estudo que sugere que bilões de estrelas na nossa galáxia têm capturado planetas órfãos, que antes vagueavam pelo espaço interestelar.

São conhecidos também como planetas nómadas ou órfãos. São planetas ejectados dos seus sistemas passando a vaguear pela galáxia até encontrarem uma casa nova, um novo sistema estelar.

Os resultados encontrados por Perets podem explicar a existência de tais planetas e até mesmo de sistemas formados por apenas dois planetas. A descoberta, também atribuída a Thijs Kouwenhoven, da China, foi publicada no  “The Astrophysical Journal” .

Em simulações com jovens aglomerados de estrelas onde também existem tais planetas interestelares, Perets e Kouwenhoven descobriram que se o número de planetas nómadas se igualasse ao número de estrelas, então, de 3% a 6% das estrelas iriam se apoderar de um planeta no decorrer do tempo. Quanto maior for a estrela, maior a possibilidade dela  agarrar  graviticamente o planeta.

Os autores do estudo explicam que quanto mais próximas elas estiverem num pequeno espaço, maior a possibilidade de captura dos planetas órfãos. “Isso deve-se ao facto de que, mais tarde, os aglomerados dispersam-se e, assim, fica bem mais difícil para as estrelas apanharem tais planetas”, esclarece Perets.

 A  expulsão de planetas

Perets conta que os planetas nómadas são consequências naturais das formações estelares. “Sistemas recém-nascidos contêm, muito frequentemente, múltiplos planetas. Mas, se dois interagem, um pode ser ejectado, transformando-se  num viajante interestelar”, explica o cientista de Harvard.

Apesar das pesquisas, nenhum astrónomo até hoje conseguiu detectar um caso indubitável de planeta capturado. O facto é explicado pelas interacções gravitacionais que acontecem dentro do sistema planetário, que podem jogar um planeta  numa órbita que imita as características de um planeta capturado.

A melhor evidência reunida até hoje sobre tal fenómeno é de autoria do ESO, o Observatório Europeu do Sul, que em 2006 anunciou a descoberta de dois planetas, com 14 e 7 vezes a massa de Júpiter, que orbitavam um ao outro. “Esse é o mais próximo dos sistemas planetários duplos que a Ciência chegou até hoje”, diz Perets. “Para reunirmos mais provas, precisamos estudar muitos outros sistemas planetários

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Eucariotas: bactéria artificial e o mais antigo.

 

 

               

                    As bactérias artificiais, cujo ADN foi criado e sintetisado em laboratório

Cientistas nos Estados Unidos conseguiram criar a primeira célula viva feita de materiais sintéticos.

Os cientistas sintetisaram em laboratório um agrupamento de genes, pequenos cromossomas, o ADN,  e  transferiram-no para uma célula hospedeira, tendo-lhe previamente retirado o seu. O micróbio que resultou comportava-se exactamente da maneira planeada pelos pesquisadores em função do ADN criado artificialmente.

Até agora a criação foi considerada um grande avanço científico, mas alguns especialistas acreditam que há perigos em relação a essa vida artificial. Se elas forem libertadas no meio ambiente, por exemplo, não se sabe quais poderiam ser as conseqüências, mas o certo é  que causariam um desequilíbrio.

A esperança no futuro é que, eventualmente, bactérias artificiais produzam combustíveis, remédios e, até mesmo, reduzam a emissão de gases causadores do efeito de estufa. Alguns cientistas acreditam que a inovação representará uma nova revolução industrial.

Os pesquisadores já transferiram o genoma de uma célula para outra, mas é a primeira vez em que um genoma criado artificialmente, para se comportar de maneira determinada, é transferido para outro organismo e por este aceite.

             

Um organismo unicelular descoberto na Noruega está  a dar brado na comunidade científica. É tão diferente de todos os organismos conhecidos até hoje que um novo grupo base, conhecido como novo reino, foi criado: Collodictyon.

Esse organismo singular foi encontrado num lago ao sul de Oslo, Noruega. De acordo com a cientista Kamran Shalchian-Tabrizi, da Universidade de Oslo, não há outro ser vivo que descenda de tão perto das raízes da árvore da vida.

“O micro-organismo está entre os mais antigos eucariotas. Evoluiu há cerca de mil milhões de anos. Dá-nos indicações de como a primitiva e incipiente vida na Terra  seria no início”, diz Shalchian-Tabrizi.

Os cientistas noruegueses analisaram o genoma do organismo encontrado e descobriram que ele é eucariota, que são organismos caracterizados por terem as células com núcleo dentro do qual se encontram os cromossomas/ADN, mas não se enquadra em nenhum dos grupos principais, isto é, animais, plantas, fungos, algas ou protistas.

Tem entre 30 e 50 micrometros, a espessura de um cabelo humano, alimenta-se de algas, preferindo viver sozinho, em detrimento de viver em grupos. A sua singularidade também reside no facto de ter quatro flagelos, ao contrário de um ou de dois, que é o considerado normal.

O micro organismo também tem características que são típicas das algas e das amebas, pertencentes a dois reinos eucariotas diferentes.

Devido a esse motivo, os pesquisadores acreditam que o micro-organismo seja o ancestral desses dois reinos

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Deus não existe, diz Stephen Hawking.

Menino, fui industrado no catolicismo romano. Na sua doutrina e praxis.

Jovem estudante, sete anos aluno interno num prestigioso colégio, pertença da diocese do Porto, era confrontado, naturalmente, e obrigado a viver, a religião católica. Uma continuidade do que aprendera e vivera no ambiente familiar aldeão. No entanto, à medida em que avançava nos estudos liceais e tendo optado por seguir a alínea F, no terceiro ciclo,  fui sendo confrontado com o rigor  de algumas Ciências Exactas ou Experimentais, nomeadamente a Física-Química e a Matemática. A Biologia, a Geologia e Mineralogia mostaram-me e deram-me a conhecer a história do planeta Terra, a sua formação e evolução, quer dos seres vivos quer das rochas e continentes.
Foi já na Universidade, cursando Engenharia Química, que tive a oportunidade de, na Faculdade de Ciências do Porto e na de Coimbra, aprofundar estes conhecimentos. Na Faculdade de Engenharia,  sendo já uma especialização, terminaram. Porém, uma cadeira de opção, Bioquímica, leccionada  Faculdade de Farmácia, deu-me a visão de como a vida era um conjunto de reacções químicas, electromagnéticas, em substrato biológico.
Foi esta formação, que nada teria a ver com uma outra formação académica que, entretanto, resolvera encetar e concluir, que tem permitido ao longo da minha vida questionar-me e questionar sobre aquilo que, para mim, é a questão essencial que todo o ser humano deverá formular: de onde venho, o que sou e para onde vou, ou numa síntese mais abranjente, já que somos uma sua emanação, o que é o Universo?
Diria, pois, que confrontado, por um lado, com um comportamento pouco ético e pouco consentâneo com a religião que difundia  parte da elite clerical do colégio e por outro lado, com o rigor da formação científica que encetara, na entrada para a universidade já pusera de lado o formalismo religioso e questionava profundamente a autenticidade da sua doutrina. Se o da História abrira-me a porta para o estudo das religiões, com todas as consequências daí resultantes, a credibilidade das fontes e as épocas em que nasceram, as suas procura, histórica, de sobrevivência por adaptação e renovação das doutrinas, o estudo das diferentes correntes filosóficas permtiam  crer num deus, negá-lo ou dele duvidar!

Concluindo, o único caminho para responder à questionação da Existência,  depois de despido de todas as influências sociais e da falta de rigor das Ciências Humanísticas, era a sua busca através das Ciências Exactas, no que elas poderiam aportar, apesar de todas as suas limitações. Quando estou fisicamente doente não vou ao bruxo mas sim ao médico, ou quando me pretendo deslocar tomo o avião e não o vento. Assim, ao longo da vida, foi sempre com muito interesse que procurei  conhecer e compreender as descobertas que se foram fazendo relacionadas com a Vida e o Universo. A Astronomia, a Astrofísica, a Física das Partículas, a Evolução e a Química da Vida,..., todas as Ciências que no seu conjunto me pudessem dar, cada vez com mais rigor, uma panorâmica sobre as interrogações últimas que, como ser humano, me coloco.  Diria que o caminho que, desde a adolescência,  tenho trilhado foi fruto desta atitude que bem cedo tomara, a de agnóstico. Não acredito nos deuses pintados pelas religiões, pela sua falta de credibilidade científica, mas poderia existir Deus, o criador do Universo de que somos neste momento da sua existência e evolução, parte? Ou não? E como as ditas ciências não davam qualquer resposta definitiva, a posição de agnosticismo foi-se mantendo até ao presente. No meu blogue, tenho procurado relatar e dar a conhecer  avanços e descobertas científicas relacionadas com essa busca de conhecimento, a procura da resposta à Interrogação.

                                             
                                                      Stephen Hawking

Que me desculpem os crentes, perante a dureza da afirmação, diz Stephen Hawking, mas cheguei à conclusão de que deus não existe. Baseio-me nas leis da Física que governam o Universo.

Stephen Hawking, quiçá o maior cientista vivo, e o maior a seguir a Einstein, explica como chegou a essa conclusão. Seria fastidioso da minha parte descrever aqui toda a argumentação científica mas deixarei uma pequena resenha acessível a um qualquer leitor.

Uma das leis da Física chama-se o princípio da causa-efeito, ou acção-reacção. Imagine-se que pretendo construir um montículo de terra. Pego numa pá, cavo a terra e faço o monte. A criação do monte não sugiu de per si, houve uma contraparte que foi o buraco que ficou. Ou seja a criação do montículo, efeito, teve como causa o surgir do buraco. No entanto, se se adicionar o montículo ao buraco a sua soma é nula, é o Nada, não havia montículo nem buraco. Imaginemos agora a corrente de um rio. De onde veio essa água? Das nuvens. E como se formaram as nuvens? Da evaporação da água do mar por efeito da radiação solar. E de onde provém essa radiação? Das reacções de fusão nuclear do hidrogénio que se dão no núcleo da estrela. E de onde provém o hidrogénio? Do Big-Bang, isto é, do nascimento do Universo.

Chegamos, pois, ao começo da nossa aventura, o Big-Bang. Mas...segundo o princípio causa-efeito, algo o deveria ter despoletado! Pois é! Lembram-se do tal montículo-buraco? No Big-Bang da Singularidade, um volume menor que um protão, infinitamente quente e denso, libertou-se toda  a energia que hoje forma o Universo (é bom não esquecer que massa é energia, portanto, as galáxias de hoje foram energia ontem e energia hoje poderá ser massa amanhã), o tal montículo. E o buraco? É o espaço, a energia negativa, que foi criado com o Big-Bang. Continua em expansão, acelerada, e hoje tem o diâmetro de 19,5 mil milhões de anos-luz. A soma da Energia ao Espaço dá Nada!

Mas...ainda há uma outra questão por responder, o que causou o Big-Bang? O tal princípio causa-efeito? A Teoria da Relatividade de Einstein explica-o. Todos nós temos, ou sabemos da existência dos GPS que utilizamos como localizadores de rotas. Baseiam-se na triangulação de sinais emitidos a partir de três satélites espaciais. A terra e os satélites estão em movimento. Para a fiabilidade da localização, o seu rigor, aos sinais emitidos, ondas electomagnéticas, são efectuadas correcções por causa da relatividade do tempo. Cá entra a Teoria da Relatividade Geral, na medida em que a velocidade  de um móvel se se aproxima da da luz o tempo decorrerá cada vez mais devagar. Por isso, se um de nós se metesse numa nave a estas velocidades e se aduração da sua viajem fosse de um ano, na Terra teriam decorrido cem. Quando chegasse veria os  netos com o seu aspecto físico!

Imaginemos um supermassivo buraco negro do centro de uma galáxia ou um simples buraco negro estelar. Nestes corpos celestes, mercê da sua massividade, a atracção gravitacional é tão intensa que nem a radiação consegue sair. Agarram tudo, massa e radiação, pela deformação do espaço que provocam, que se encontre para o interior do seu horizonte de eventos. Imaginemos agora um móvel, a tal nave, a aproximar-se do horizonte de eventos de um buraco negro. À medida em que se vai aproximando a sua velocidade aproxima-se cada vez mais da da luz e, portanto, o tempo vai decrescendo gradualmente até se tornar nulo, quando é  sugada pelo buraco negro. Se transportasse um relógio ouviríamos o tic-tac cada vez a ser mais lento, até que parava.  Acabou  o tempo, não há tempo! Podemos pensar o Big-Bang como algo idêntico. O andar com o filme para trás, quando se chega à Singularidade não há tempo. Ele nasceu com o Big-Bang, O espaço-tempo  einsteiniano.

Em conclusão, se não há tempo antes do Big-Bang, não há um momento em que um criador, o tal deus, o tenha feito, o tenha despoletado. A causa não existe! O espaço-tempo e a energia (matéria e radiação) nasceram com o Big-Bang.


A resposta à busca  de uma vida estará aqui. O único caminho em que acredito. 

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O fermião de Majorana

A vida de Ettore Majorana foi tão misteriosa quanto a sua partícula o tem sido. Em 1938 retirou todo o seu dinheiro do banco e desapareceu durante uma viagem de Palermo para Nápoles. Se se suicidou, se foi assassinado ou se viveu com uma identidade diferente, ainda se desconhe. A verdade é que nenhum rasto de Majorana jamais foi encontrado!

Na década de 1930, o físico italiano Ettore Majorana deduziu, da Teoria Quântica, a possibilidade da existência de uma partícula bastante especial: uma partícula que é a sua própria antipartícula. Designou-se por  fermião de Majorana, que estará bem na fronteira entre a matéria e a antimatéria 

O termo fermião, nome dado em homenagem ao físico italiano Enrico Fermi, é a designação dada a qualquer partícula com spin (ou momento angular intrínseco) de valor não inteiro (por exemplo: 1/2, 3/2, etc. de unidades spin). As partículas de valor inteiro são designadas por bosões.

Devido a este spin especial, os fermiões obedecem a uma regra chamada de Princípio de Exclusão de Pauli, a qual estabelece que dois fermiões não podem existir no mesmo estado quântico e local ao mesmo tempo. Além disso, os fermiões seguem também a Distribuição de Fermi-Dirac, uma estatística quântica que rege todas as partículas de spin semi-inteiro.

Alguns exemplos de fermiões são os electrões, os protões (u,u,d) e os neutrões (d,d,u). As partículas fundamentais da matéria, nomeadamente os quarks (up, down, top, bottom, strange e charm) e os leptões (electrão, muão, tau e os respectivos neutrinos) são também fermiões.

Depois de tantos anos, a tão procurada partícula de Majorana finalmente foi encontrada. O feito é dos cientistas da Universidade Tecnológica de Delft e da Fundação para Pesquisa Fundamental da Matéria, Holanda.

Utéis para a computação quântica e na Astronomia

Os fermiões de Majorana são bastante interessantes não só porque a sua descoberta abre novas possibilidades para a Física das Partículas mas também poderem ter um papel relevante na Astronomia.

Uma teoria, proposta há alguns anos, defende que a matéria escura, que forma 23% do Universo, é composta pelos fermiões de Majorana.

Além disso, os cientistas acreditam que essas partículas possam ser fundamentais para a computação quântica. Tudo isso ainda é apenas especulação científica, mas, segundo os pesquisadores, os computadores quânticos que utilizassem esses fermiões seriam excepcionalmente estáveis e quase imunes a influências externas.

Fio nano

            

 O dispositivo é feito por um fio de uma liga metálica de índio/antimónio anodisado a ouro e revestido com uma fina camada supercondutora de nióbio. Os fermiões de majorana surjem no fim do fio.

O grupo de pesquisadores conseguiu criar um dispositivo electrónico em escala nano, 0,000 000 001 metro de diâmetro, no qual um par desses fermiõess “apareceram”.

Os especialistas fizeram isso combinando um fio nano, portanto extremamente pequeno, feito por colegas da Universidade Tecnológica de Eindhoven, na Holanda, com materiais supercondutores e com um campo magnético bastante forte.

“As medições da partícula não podem ser explicadas de outro modo que não seja a presença de um par de fermiões de Majorana”, explica Kouwenhoven.

Embora o LHC, Grande Colisionador de Hadrões, não pareça ser tão sensível quanto necessário para detectar estes fermiões, existe outra possibilidade: eles podem aparecer em nanoestruturas.

“A magia na Mecânica Quântica é que a partícula de Majorana criada dessa maneira é similar a outras observadas num acelerador de partículas, embora sejam difíceis de compreender”, diz Kouwenhoven.

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Onde está a matéria escura?!

A Astronomia sustenta que há uma substância misteriosa e invisível chamada matéria escura, embora nós não saibamos a sua natureza específica, que permeia grande parte do Universo.

Agora, a Astronomia convencional pode estar com  um problema.

A matéria escura não se encontra à volta do Sol, concluiu um novo estudo. Poderá estar  noutro lugar, mas não, ou mesmo em qualquer lugar próximo, no nosso sistema solar. E isso é um grande problema, porque ela deveria estar em toda a galáxia. Para piorar as coisas, a matéria escura é ainda, infelizmente, muito necessária para colmatar lacunas noutras teorias astronómicas.


                     
 
 
O diagrama mostra a nossa galáxia, a Via Láctea e o presumível "halo" de matéria escura, representada segundo uma névoa azul . Um novo estudo procurou evidências gravitacionais da matéria escura num volume esférico em volta do nosso sistema solar, mostrado na figura como um círculo pequeno e redondo. De realçar que as lentes gravitacionais, previstas pela Teoria da Relatividade Geral, de Einstein, e descobertas em anos recentes, também o confirmam.

 
A matéria escura foi previamente identificado com base no que parecem ser as forças gravitacionais exercidas pelos grandes bolas  deste material, ao redor e preenchendo as galáxias.

No entanto, um novo estudo, o mais preciso até ao momento, o do movimento de estrelas na Via Láctea, revelou a não evidência da matéria escura numa grande zona em volta de nós.

Usando telescópios, incluindo um em La Silla, no Chile, do Observatório Europeu do Sul, ESO, os cientistas mapearam os movimentos de mais de 400 estrelas até 13.000 anos-luz distantes do Sol (um ano-luz é a distância que a luz percorre num ano). A partir destes dados os cientistas calcularam a massa total  de matéria na proximidade do Sol, num espaço  quatro vezes superior ao que fora considerado em cálculos anteriores.

"A quantidade de massa que deriva dos cálculos teóricos concorda com a que observamos", disse o chefe da equipa Christian Moni Bidin da Universidade de Concepcion, no Chile. "Logo isso não deixa espaço para a existência de matéria extra, a matéria escura, que se esperava! Os nossos cálculos  teóricos mostram muito claramente  que ela deveria lá estar. Mas não está!"


A matéria escura foi originalmente proposta para explicar porque é que as partes exteriores das galáxias, incluindo a nossa, giram mais rapidamente do que deveriam, com base nos objectos visíveis e as suas interacções gravitacionais. A matéria escura também constitui uma parte essencial das teorias de como as galáxias se formaram e evoluíram. É amplamente assumido que a matéria escura representa cerca de quatro quintos da massa total do Universo. As dificuldades em esclarecer a natureza da matéria escura, ou em encontrá-la na Terra, têm irritado os cientistas, mas não ao ponto  de que a maioria deles possa duvidar da sua existência.

Os membros da equipa de Bidin mediram os movimentos de muitas estrelas, particularmente daquelas mais distantes e exteriores ao centro do disco achatado da espiral de estrelas que formam o grosso da Via Láctea. Então, utilizaram as leis da gravidade em sentido inverso para deduzir a quantidade de matéria, de qualquer tipo, que deveria estar presente.

Se a matéria escura estivesse presente, as teorias convencionais asseguram que deveria cercar a nossa galáxia, a Via Láctea, como um halo, como faz noutras galáxias. As novas descobertas não descartam totalmente um tal  halo, mas este teria que ter uma forma muito improvável para evitar de penetrar com a sua presença na nossa parte da galáxia. Então, segundo Bidin e colegas, começa-se a olhar estranhamente para a teoria da matéria escura.

Os novos resultados também significam que as tentativas para detectar a matéria escura na Terra, tentando identificar as interações entre partículas raras de matéria escura, as WIMP'S, e as da matéria "normal" tendem a falhar.

Enquanto isso, o problema da "falta de massa"  que levou à teoria da matéria escura,  não desapareceu.

A Via Láctea, tal como as outras galáxias, gira  muito mais rapidamente do que a matéria visível, só por si, poderia explicar. A sua não desagregação estelar será devida à presença de mais matéria ou de algo com efeitos gravitacionais similares. Então, se a matéria escura não está presente onde esperávamos, uma nova solução para o problema da massa em falta deverá ser encontrada. Os nossos resultados contradizem os modelos actualmente aceites, afirma Bidin. O mistério da matéria escura acaba de se tornar ainda mais misterioso. As pesquisas futuras, tal como a missão Gaia, da Agência Espacial Europeia, serão cruciais para ultrapassar este imbróglio.

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Universo: do nascimento ao presente.

O nascimento e a expansão do Universo em dez etapas:



  1. Big-Bang
  2. 10-43 segundos. Época de Planck. As forças fundamentais da Física( gravítica, electromagnética, fraca e forte) estão unficadas.
  3. 10-39 segundos. Temperatura=1030 ºK. A Grande Unificação é quebrada e a gravitação separa-se das outras forças. Uma assimetria matéria-antimatéria conduz a um excesso de matéria sobre a antimatéria, de uma parte num bilião. A matéria e a antimatéria aniquilam-se excepto o pequeno excesso de matéria. O Universo fica com um banho de mil milhões de fotões por partícula de matéria. Eis a origem dos fotões da Radiação Cósmica de Fundo que hoje nos chega como micro-ondas. 
  4. 10-35 segundos. Temperatura=1027 ºK. Graças à Inflação, o Universo observável atinge o tamanho de uma bola de golfe.
  5. 10-5 segundos. Temperatura=1012 ºK. Começo da formação de nucleões(protões e neutrões).
  6. 100 segundos Temperatura=1 000 000 000 ºK. O Universo é como o interior de uma estrela. Formam-se os primeiros elementos químicos por fusão nuclear: Deutério (um isótopo de Hidrogénio), Hélio e Lítio.
  7. 380 000 anos. Temperatura=3500 ºK. Os fotões desacoplam das partículas (nucleões e núcleos atómicos) . O Universo torna-se neutro e transparente. Os fotões, a Radiação Cósmica de Fundo que hoje recebemos, permeiam o Universo e viajam pelo espaço -tempo.
  8. 500 milhões de anos. Temperatura=10 ºK. As primeiras estrelas e galáxias formam-se em menos de 1000 milhões de anos.
  9. 4,5 mil milhões de anos: formação do sistema solar.
  10.  Hoje, 13,75 mil milhões de anos são passados. Temperatura=2,73 ºK . A vida, uma propriedade do nosso Universo, apareceu na Terra há cerca de 3,5 mil milhões de anos. 

           

                                  

Os filamentos, os aglomerados e os superaglomerados (nós) de galáxias, a matéria  visível (4%) que constitui hoje o Universo.

 

 

As partículas fundamentais da matéria visível e as respectivas interacções, segundo o Modelo Padrão das Partículas.

E...alguns mistérios por resolver que estão no centro da prodigiosa investigação actual: porque é que o nosso Universo está em expansão acelerada( descobrir a natureza da energia escura, que constitui 73% do Universo), porque há mais matéria do que antimatéria( já que deveria haver a mesma quantidade e, logo, o nosso Universo ser apenas formado por energia radiante), a natureza da matéria escura( que constitui 23% do Universo e um pouco mais de 75% de toda a matéria), o que confere a massa às partículas( se o previsto bosão de Higgs existe) e ainda a questão da Gravidade ou de um plausivel Multiverso não aqui mencionados.

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Porque somos feitos de matéria?

Com a supercomputação está-se também a descobrir a razão da assimetria entre matéria/antimatéria.


 Uma colaboração internacional de cientistas anunciou um avanço importante no cálculo do processo da decomposição de um kaon em dois píons, utilizando técnicas inovadoras em alguns dos supercomputadores mais rápidos do mundo. A nova pesquisa, publicada online na revista Physical Review  Letters, de 30 de Março de 2012, ajuda a elucidar o processo exacto da decadência do kaon, e também está a inspirar o desenvolvimento de uma nova geração de supercomputadores que permitirão o próximo passo nesta pesquisa.

"O cálculo actual é um passo importante para um novo tipo de verificação rigorosa do Modelo Padrão da Física das Partículas, a teoria que descreve as partículas fundamentais da matéria e as suas interações, e como se relaciona com o problema da assimetria  existente entre matéria / antimatéria, uma das questões mais profundas na Ciência de hoje ", como afirma Taku Izubuchi do Centro de Pesquisa BNL RIKEN e BNL, um dos membros da equipa de pesquisa que publicou as novas descobertas.

 Esta é a mesma partícula de decadência subatómica  explorada numa experimentação de 1964, que deu origem a um prémio Nobel, realizada no Departamento do Laboratório Nacional de Brookhaven(BNL), EUA, que revelou a primeira evidência experimental da violação  de Carga-Paridade (CP), isto é, uma falha na simetria das partículas e das suas antipartículas correspondentes, que poderá ser a resposta para a pergunta "Por que somos feitos de matéria e não de antimatéria?"



 Este diagrama ilustra a ampla gama de escalas de distância que devem ser entendidas antes do cálculo do decaimento do kaon poder ser executado. A camada mais baixa é uma foto mostrando as faixas de decaimento das partículas que se movem através do hidrogénio líquido de uma "câmara de bolhas" - uma espécie de detector de partículas utilizado na década de 1950 e 60. A camada seguinte é uma interpretação esquemática do que está a acontecer na imagem da câmara de bolhas - como o kaon (K) é produzido e "rompe" para formar duas outras partículas: o píon positivo (A +) e o pion negativo (A -).  Este processo acontece na escala familiar de uma fracção de um metro. A escala seguinte de uns poucos femtometro  é mostrado na terceira camada, em que o retículo de pontos e caminhos representa o cálculo por computador, que leva em conta a ligação de quarks e antiquarks que formam as partículas a ser estudadas. Finalmente, a camada superior mostra o que é conhecido como um diagrama de Feynman, o da menor escala - 1/1000 de um femtometro- a escala em que um quark sofre uma espécie de metamorfose, mudando  de um sabor para outro.

 "Quando o Universo surgiu, começou com mais partículas do que antipartículas, ou fê-lo começando de uma forma simétrica, com igual número de partículas e de antipartículas que, através da violação da CP ou de um mecanismo similar, acabou por ter mais matéria do que antimatéria?"

De qualquer maneira, hoje o Universo é composto quase exclusivamente de matéria, com praticamente nenhuma antimatéria. 

                   

Os cientistas buscam compreender essa assimetria, procurando frequentemente  por violações subtis nas previsões dos processos descritos pelo Modelo Padrão. Uma propriedade desses processos, a simetria CP(carga/paridade), pode ser explorada, comparando os dois decaimentos de partículas - o decaimento de uma partícula observada directamente e o da decadência da sua anti-partícula, vista como o seu reflexo num espelho. "C" refere-se à troca de uma partícula pela sua antipartícula (que é exactamente a mesma, mas com carga de sinal contrário). "P" especifica o reflexo no espelho desta decadência. Mas, como os ganhadores do prémio Nobel  mostraram, o decaimento de partícula/antipartícula nem sempre é simétrico. Em alguns casos acaba-se com partículas extra (de matéria) e a simetria CP é "violada".

A exploração dos detalhes precisos do processo de decadência do kaon poderia ajudar a elucidar como e porque isso acontece.

 O processo de decadência em supercomputador

O novo cálculo de um aspecto dessa decadência exigiu a criação de originais técnicas de computação para usar em alguns dos supercomputadores mais rápidos do mundo, foi realizado por físicos do Laboratório Nacional Brookhaven, Columbia University, a Universidade de Connecticut, a Universidade de Edimburgo, o Max-Planck-Institut für Physik, o RIKEN BNL Research Center (RBRC), da Universidade de Southampton, e Washington University. O cálculo baseia-se em extensos estudos teóricos feitos desde 1964, a primeira experiência, e as muito mais experiências recentes feitas no CERN, o Laboratório de Física de Partículas Europeu, e no Fermi National Accelerator Laboratory, EUA.
A precisão sem precedentes dos valores medidos experimentais - que incorporam distâncias como um milésimo de um femtometro (um femtometro é 1/1 000 000 000 000 000  de um metro, o tamanho do núcleo de um átomo de hidrogénio) - permitiu a possibilidade de seguir o processo com  extremo detalhe: a decadência dos quarks individuais que são os componentes subatómicas de muitas partículas do Modelo Padrão, tais como o neutrão e o protão e que "esvoaçam" dentro e fora da existência de outras partículas subatómicas. Se se procurar ver  o aspecto de mais longe, alguns décimos de um femtometro, este processo básico é obscurecida por um mar de pares quark-antiquark e uma nuvem de  gluões que os mantêm juntos. A esta distância, os gluões começam a ligar os quarks nas partículas observadas. A última parte do problema é mostrar o comportamento dos quarks, como eles orbitam um ao outro, movendo-se quase à velocidade da luz através de um enxame formado a partir de gluões e pares adicionais de quarks e antiquarks, e, finalmente, formando os pions da decadência em estudo.

Para "traduzir" a matemática necessária para descrever essas interações foi necessário a criação de poderosos métodos numéricos e avanços tecnológicos que possibilitaram à actual geração de supercomputadores trabalharem paralela e massivamente com velocidades de pico computacionais de centenas de teraflops. Um computador teraflop pode executar um milhão de milhões de operações por segundo.

A decadência real do kaon descrito pelo cálculo abrange escalas de distância de cerca de 18 ordens de magnitude, desde as menores distâncias de um milésimo de um femtometro, muito abaixo do tamanho de um átomo, no qual um tipo de quark decai noutro, até à escala diária de metros no qual o decaimento é observado no laboratório. Esta vasta gama de comprimentos é comparável ao tamanho de uma única bactéria com  o tamanho completo do nosso sistema solar!

A análise é realizada usando o método de cálculo da estrutura da Cromodinâmica Quântica  (QCD), a teoria que descreve as interações da força nuclear forte quark-gluão, em que a decadência é "imaginada" como tendo lugar dentro de uma estrutura ou grade de pontos do espaço-tempo que pode ser inserido num computador. Em seguida, as flutuações quânticas do decaimento são calculadas por um método estatístico, o chamado método Monte Carlo, que fornece a mais provável das flutuações como um resultado. O cálculo exige  54 milhões de horas de processamento em um supercomputador da IBM BlueGene / P instalado no Centro de Classe Liderança Argonne (ALCF) em Argonne National Laboratory. Cálculos anteriores foram também feitos QCDOC Brookhaven (por QCD em um chip) supercomputador, um protótipo para a série da IBM BlueGene.

Este cálculo, quando comparado com as previsões do Modelo Padrão, permite aos cientistas determinar a outra quantidade restante desconhecida, importante para a compreensão da decadência do kaon e sua relação com a violação de CP. Um cálculo directo dessa quantidade restante desconhecida e um recálculo de maior precisão do resultado presente será o foco das pesquisas futuras, exigindo poder de computação ainda maior.

"Felizmente", diz o co-autor Peter Boyle, da Universidade de Edimburgo, "a próxima geração de supercomputadores da IBM vai ser instalada ao longo dos próximos meses em centros de pesquisa ao redor do mundo, incluindo o ALCF, da Universidade de Edimburgo, o Laboratório KEK, no Japão, o Laboratório de Brookhaven, e o RBRC ".

Destas novas máquinas IBM BlueGene / Q espera-se que tenham 10 a 20 vezes o desempenho das máquinas actuais. Explica Boyle: "com este aumento dramático no poder de computação pode-se obter uma versão mais precisa do cálculo actual, e outros detalhes importantes estarão ao nosso alcance". "Esta é uma boa sinergia entre a ciência e o computador, a Ciência a puxar pelo desenvolvimentos de computadores mais avançados e estes a empurrar a Ciência para a frente, para o benefício da comunidade científica e também para o mundo comercial."

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Descoberta a razão da assimetria entre matéria e antimatéria?

Embora surjam cada vez mais dados sobre como a anti-matéria existe e se manifesta,  os físicos ainda não conseguiram esclarecer o seguinte: de acordo com o Modelo Cosmológico Padrão a anti-matéria deveria ter-se formado  na mesma proporção que a matéria.  Então porque é que é a matéria que predomina no Universo? Hoje a anti-matéria é incomum e surge apenas nos colisionadores de partículas, nos raios cósmicos e nas reacções nucleares.

Os investigadores levaram a cabo uma experiêcia no colisionador de partículas Tevatron do Fermilab, localizado em Chicago, nos EUA, com o CDF,o “Detector de Colisões do Fermilab” . Os cientistas verificaram que o decaimento em partículas de matéria ocorre de maneira diferente do da respectiva anti-matéria, tal como já fora constatado na experiência LHCb, do Large Hadron Collider, anunciado em Novembro passado. Isto significa que os resultados combinados do LHCb e do CDF têm uma significância de 4 sigma de certeza, o que quer dizer que apenas 1 em cada 16000  acontecimentos pode ser fruto do acaso. 

De acordo com a teoria mais recente, a matéria predomina no Universo sobre a anti-matéria justamente devido a uma diferença no decaimento que vem desde o Big Bang. Conforme o chamado Modelo Padrão, que descreve as propriedades de todas as partículas subatómicas, foi possível fazer uma estimativa de como deveria ocorrer o decaimento de cada uma.

Na experiência em questão, foram observadas as partículas D-mesão, formadas por quarks charme, que podem decair em kaons e pions. Há até pouco tempo, os cientistas consideravam que a diferença no índice deste decaimento, entre matéria e anti-matéria, era praticamente nula (menos de 0,1%), ou seja: a matéria e a anti-matéria deveriam ter-se comportado mais ou menos da mesma forma desde o Big Bang.

Nos testes mais recentes, no entanto, os aceleradores de partículas apuraram que esta diferença é maior do que se imaginava . O Fermilab chegou ao valor de 0,62%, e o famoso LHC registou 0,8%.

Aparentemente, as partículas subatómicas da matéria e da anti-matéria tenderam naturalmente, desde os primórdios, a comportarem-se de maneiras distintas. Isso explicaria a diferença no papel de cada uma na Física do Universo.

                     Os neutrinos poderão ajudar a explicar a antimatéria em falta
    

                                  
                                     Em busca dos neutrinos que mudam de forma

 Neutrinos produzidos por um reactor nuclear na China  mudaram de um "sabor" para outro mais rapidamente do que o esperado. O resultado significa que os físicos podem em breve explicar porque é que o Universo está cheio de matéria em vez de radiação.

Os neutrinos e antineutrinos  têm três "sabores": o do electrão, o do muão e do  tau. Quando se deslocam através do espaço podem transformar-se de um sabor para outro.

Esta habilidade  da mudança de forma é medida por três parâmetros, também chamados de ângulos de mistura de theta12, theta23 e theta13. Até recentemente, apenas os dois primeiros ângulos de mistura tinham sido medidos. Então, em Junho do ano passado, a  experiência T2K no Japão detectou neutrinos do muão que se transformaram em neutrinos do electrão, fornecendo estimativas preliminares para theta13.

Mas as observações T2K dependem de outros ângulos de mistura. "Por isso, foi difícil identificar um valor único para theta13", afirma Kam-Biu Lucas na Universidade da Califórnia, Berkeley. Agora, pesquisadores da Daya Bay Reactor Neutrino Experiment, com base no sul da China, fizeram exactamente isso.

A experiência Daya Bay seguiu  antineutrinos do electrão  produzidos por seis reactores nucleares.  Foram usados dois conjuntos de detectores: um colocado a algumas centenas de metros dos reactores e o outro  colocado a 2 km de distância. Os detectores mais distantes detectaram menos antineutrinos do  electrão do que os vizinhos, porque na deslocação  ocorreram algumas mudanças  noutros sabores de antineutrino, que os detectores não podem observar.

Maior que o esperado

A diferença depende predominantemente de theta13, diz Lucas, porta-voz do grupo da experiência. O seu resultado foi anunciado em 8 de Março, num seminário no Instituto de Física de Altas Energias, em Pequim. "Finalmente sabemos o tamanho do theta13. Não é tão pequeno quanto se pensava."

"A implicação é enorme", diz Francis Halzen da Universidade de Wisconsin-Madison e responsável pelo  telescópio IceCube Neutrino, no Pólo Sul. O resultado significa que os físicos podem agora levar a cabo experiências para descobrir se os neutrinos se comportam diferentemente de antineutrinos, o que teria sido difícil se theta13 fosse pequeno.

Tais experiências poderão fornecer pistas para descobrir porque é que o Universo teve  uma preferência pela matéria sobre a antimatéria nos momentos iniciais pós Big-Bang. Se tal não tivesse acontecido toda a matéria teria sido aniquilada pela antimatéria.

"Theta13 é tão grande como se poderia esperar, um resultado surpreendente que coloca definitivamente a Física  do Neutrino sobre carris", diz Halzen. "Nós agora sabemos que podemos passar para a próxima fronteira."

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O Universo bébé conteria estrelas de matéria escura?

Algumas das estrelas mais antigas do Universo estão muito distantes para serem vistas, mas os cientistas afirmam que se o núcleo delas for constituido por matéria escura, tal poderá  ser conseguido  pela visualização do brilho ao seu redor.

Se essa estranha matéria dá mesmo energia às estrelas, os telescópios de infravermelhos conseguem enxergar a luz resultante, que deve ser diferente da que emana de estrelas como o Sol, que contam com o processo de fusão nuclear para gerar energia.

A matéria escura nunca foi detectada directamente e só pode ser estudada pelos seus efeitos gravitacionais em corpos visíveis. Mas a sua presença dominante, 23% do Universo é formado por ela e representa 75% de toda a matéria, pode ter exercido um papel dominante na criação das primeiras estrelas.

           

Essas estrelas alimentadas por matéria escura brilharão muito, apesar da fonte. Enquanto a luz de uma estrela individual  muito distante é dificil de  ser medida, os astrónomos podem aprender muito ao analisar a luz combinada de várias estrelas antigas, incluindo aquelas alimentadas por essa  matéria estranha. 

Num novo estudo, uma equipa de astrónomos calculou a quantidade de luz que as estrelas escuras iriam produzir para determinar se o brilho seria visível nos infravermelhos.

A luminosidade das estrelas, combinada com a luz produzida pelas galáxias, cria um arco de luz similar ao que as muitas lâmpadas acesas produzem nas cidades. Ao estudar esse brilho geral, os cientistas esperam entender mais sobre as fontes individuais de luz.

Na analogia com as cidades, os cientistas conseguem comparar a luminosidade máxima e mínima produzida. Para as estrelas antigas, eles analisaram propriedades como a relação entre a massa e o brilho, quanto tempo ela pode ser alimentada pela matéria escura e o nível de formação de estrelas.

Como leva muito tempo para a luz viajar distâncias tão grandes, as estrelas analisadas são muito antigas. Ao colectarem a radiação produzida por essas fontes distantes, os astrónomos podem examinar o passado da luz produzida pelas primeiras estrelas.

Os cientistas esperam , ao estudar esse brilho antigo, conseguir determinar se alguns grupos de estrelas são alimentadas pela matéria escura ou pelo método mais familiar da fusão nuclear.

As estrelas formam-se quando a gravidade aglomera a matéria. Conforme as nuvens de hidrogênio e hélio, os elementos químicos formados no começo do Universo, se iam desintegrando na formação de estrelas, a matéria escura, presa no meio, seria comprimida.

A matéria escura, tal como a matéria comum, deve ter um gémeo estranho, a antimatéria escura, porque toda a partícula tem uma anti-partícula.

Quando uma partícula e a sua anti-partícula colidem, aniquilam-se, transformando-se em fotões ou eléctrões e positrões. Conforme essas partículas leves interagem com o meio, aquecem-no. Se esse meio for no centro de uma estrela recém formada, a aniquilação da matéria escura poderia substituir o processo de fusão no núcleo estelar.

Do mesmo modo, se uma estrela estabilizada capturar matéria escura suficiente, a destruição das partículas e antipartículas poderia substituir a fusão como fonte de energia. “Essa pressão adicional ‘explode’ a estrela, por isso reduz a fusão nuclear”, afirmam os pesquisadores.

O processo é tão poderoso que apenas cerca de 1% da massa estelar teria que ser matéria escura para isso se dar. 

As estrelas escuras serão maiores e mais geladas do que suas parceiras convencionais. Elas também duram mais do que as estrelas com fusão nuclear.

Com um stock suficiente de matéria escura, as estrelas escuras podem ter vidas que excedem a idade do Universo. Ainda hoje poderão existir.

E  ainda se podem estar a formar.

“A densidade da matéria escura pode ser biliões de vezes maior no centro das galáxias, onde as estrelas podem capturar muito mais dela”, comenta Spolyar. “Estrelas escuras podem estar a surgir no centro das galáxias".

Um estudo detalhado sobre o assunto foi publicado no Astrophysical Journal na última sexta-feira, dia 10 de Fevereiro. O modelo mostra que a matéria escura se estende de cada galáxia distante para o espaço intergaláctico, sobrepondo-se a matéria escura das galáxias adjacentes para formar uma teia difusa que envolve todo o Universo.
 A pesquisa mostra que as galáxias não estão contidas em regiões com margens bem definidas e  separadas umas das outras por milhões de anos-luz de vazio. Em vez disso, elas são compostas por um amontoado de massa no centro e rodeadas por uma rede de matéria escura que se estende de forma organizada no meio do caminho até às galáxias vizinhas.
Além disso, o que chamamos de “galáxias” são apenas os picos desta distribuição contínua de matéria.

          

A misteriosa névoa galáctica observada pelo telescópio espacial Planck no plano da espiral da Via Láctea. Poderá dever-se à aniquilação de matéria escura.

primeira imagem mostra a distribuição da névoa galáctica da Via Láctea visto pelo telescópio espacial Planck da ESA, na frequência das microondas sobreposta à de de alta energia,  vista pelo Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray.

Os dados de Planck (mostrado aqui a vermelho e a amarelo) correspondem à emissão da névoa nas frequências de 30 e 44 GHz, estendendo-se do e ao redor do centro da nossa galáxia.

Os dados Fermi (mostrado em azul) correspondem às observações realizadas em energias entre 10 e 100 Giga electrão-Volt e revelam duas em forma de bolha, estruturas de raios-gama emissores que se estendem do centro galáctico.

 Esta emissão sincrotão, um tipo de radiação não térmica gerada por partículas carregadas, associada à neblina galáctica visto pelo Planck, apresenta características distintas  da emissão síncrotrão observada noutras partes da Via Láctea. A emissão síncrotrão difusa na galáxia é interpretado como a radiação de electrões altamente energéticos que foram acelerados em choques provocados por explosões de supernovas. Comparando-a com esta emissão bem estudado, a neblina galáctica tem um espectro "mais pesado", o que significa que a sua emissão não decai tão rapidamente com o incremento da frequência.

Várias explicações têm sido propostos para este comportamento incomum, incluindo taxas de supernovas aprimorados, ventos galácticos e a aniquilação de partículas matéria de escura. Até agora, nenhum deles foi confirmado e a questão permanece em aberto

 

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Bosão de Higgs: a caça continua.

 

             

 Os Pilares da Criação: nébulas de gases e de poeiras, com 4 anos-luz de altura, berçários estelares, na nossa galáxia, a 7.000 anos-luz de distância. Poderão já não existir por causa da explosão  da brilhante supernova há 6.000 anos, que se encontra bem visível em segundo plano. As suas ondas de choque tê-las-ão dissipado. Pensa-se que daqui por mil anos tal possa ser observado pelos terráqueos.

Os físicos que trabalham no maior colisionador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider, na Suiça, prosseguem a busca pela descoberta da partícula que seria a responsável por conferir massa aos hadrões e leptões, segundo o previsto pelo Modelo Padrão, isto é, o bosão de Higgs.

Tendo já atingido as mais energéticas colisões, 7 Tev, obtida pela colisão de dois feixes de protões animados com a energia, cada um, de 3,5 Tera electrão-Volt, onde surgiram vislumbres da possível existência do Higgs, os cientistas preparam-se agora para fazer novas colisões com 8 TeV. Embora a busca do Higgs seja o objectivo principal, os físicos não descuram os possíveis sinais da existência das superpartículas prevista pela Supersimetria ou SUSY.

No LHC já se viram muitos eventos que poderão ser sinais da decadência do bosão de Higgs mas reacções mais comuns também podem produzir tais eventos de modo que mais experiências são necessárias para o confirmar ou descartá-lo.

 A probabilidade de uma colisão produzir partículas pesadas sobe muito mais rapidamente  do que os seus aumentos de energia, por isso mesmo um  aumento na energia vai proporcionar um grande aumento no número de bosões de Higgs obtidos e, portanto, a probabilidade de vislumbrá-los ou às exóticas superpartículas.

 Os 8 TeV, ao invés dos 7 TeV, devem aumentar a sensibilidade da máquina para os bosões de Higgs, assumindo que eles existem, de 30 a 40 por cento, afirma Greg Landsberg da Universidade Brown, em Providence, Rhode Island, que está envolvido no CMS, um dos dois detectores principais do LHC.

Este acréscimo de energia multiplica por quatro a possibilidade de encontrar as superpartículas previstas por SUSY, homólogas pesadas das partículas do Modelo Padrão.

"Podemos obter uma pequena dica de existência em 7 TeV contra a sua descoberta em 8 TeV", diz ele.

Os pesquisadores querem maximizar o seu potencial para novas descobertas este ano, porque no final do ano o LHC será desligado por um período de dois anos. Depois, então, poderá funcionar à energia máxima projectada de 14 TeV.

O bosão de Higgs já deverá ter sido confirmado ou descartado antes disso. Uma maior  energia permitirá também uma busca mais minuciosa para as partículas pesadas previstas por SUSY, entre outras coisas.

 

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Outra confirmação da Teoria da Relatividade Geral

Albert Einstein ganhou novamente. A sua Teoria da Relatividade Geral provou ser precisa em prever como a luz viaja a partir de alguns dos aglomerados de galáxias mais distantes no Universo.

No entanto, os resultados ainda não refutam uma teoria alternativa da gravidade criada para desfazer a necessidade de energia escura, que estará a causar a expansão acelerada do Universo.

As novas descobertas derivam de um estudo da luz emitida por centenas de milhares de galáxias distantes baseado nos dados do Sloan Digital Sky Survey. A Relatividade Geral prevê que o comprimento de onda dessa luz vai ser um pouquinho alongado pela gravidade da massa das galáxias por onde passa, um efeito chamado desvio gravitacional para o vermelho, o que se confirmou.

                   

          Um  aglomerado de galáxias observado em diferentes comprimentos de onda de radiação.

O efeito é muito difícil de medir, porque é o menor dos três tipos de desvio para o vermelho, como o  causado pelo movimento das galáxias e o da expansão do Universo como um todo. Para separar as três fontes de desvio para o vermelho, os pesquisadores contaram com o grande número de galáxias, o que lhes permitu realizar uma análise estatística.

A quantidade de desvios comprovados causados pela gravidade concordou exatamente com as previsões da Relatividade Geral.

A Relatividade Geral, proposta por Einstein em 1916, revolucionou a forma como os físicos pensam o espaço e o tempo. Especificamente, uniu os dois conceitos, que antes eram independentes, em uma única entidade. E a massa, mostrou Einstein, afecta profundamente o espaço-tempo, deformando-o.

Onde se tem uma grande massa, como num aglomerado de galáxias, há uma forte gravidade e o espaço-tempo é deformado severamente, fazendo com que o tempo se mova mais rapidamente. A luz emitida neste ambiente terá uma certa frequência, que está relacionada com a escala de tempo (ou a força da gravidade) do ambiente. Quando a luz viaja a um novo ambiente, onde há gravidade comparativamente mais baixa e o tempo passa mais devagar, a frequência da luz irá diminuir. Essa frequência menor é equivalente a um longo, ou mais vermelho, comprimento de onda. Este é o desvio gravitacional para o vermelho.

Os físicos levaram 43 anos para detectar sinais desse desvio. A descoberta aconteceu em 1959, quando os pesquisadores mediram o desvio gravitacional em raios gama emitidos num laboratório na Terra.

Outros estudos confirmaram o seu efeito pelo Sol e em pequenas estrelas próximas chamadas anãs brancas. No entanto, ninguém havia conseguido detectar, até agora, uma prova desta previsão da Relatividade Geral em grandes escalas cósmicas.

Este fora o único efeito relativista-geral que tinha sido observado e confirmado localmente na Terra e na escala correspondente da nossa galáxia.

As descobertas infirmam a já bem enraizada Teoria Geral da Relatividade, que tem sido bem sucedida em predizer muitos fenómenos cósmicos observados em todo o Universo.

No entanto, ainda existem teorias rivais que têm sido propostas nos últimos anos para acomodar a estranha descoberta de que o Universo parece conter muito mais massa, i.é, 75% de matéria escura de que se desconhece a sua composição, do que simplesmente os conhecidos 25% da matéria visível, e de que o cosmos parece estar  a acelerar a sua expansão, impulsionado por uma energia desconhecida que representa 73% da composição total do Universo, a energia escura.

Os cientistas propuseram as chamadas matéria escura e energia escura para lidar com esses problemas. Mas alguns pesquisadores dizem que essas invenções bizarras não são necessárias se simplesmente ajustarem a Relatividade Geral.

Uma teoria concorrente é chamada de teoria f(R), que suporta a nova descoberta. No entanto, outra teoria alternativa, chamada teoria da gravidade tensor-vetor-escalar (TeVeS), é conflituante. Para preservar essa teoria, os físicos teriam que fazer algumas mudanças.

Quanto mais dados forem recolhidos a respeito de galáxias distantes, as medições cósmicas deverão tornar-se ainda mais precisas e os físicos irão ser  capazes de adoptar o melhor entre os diferentes modelos concorrentes.

E em última instância, Eistein permanece intocável!.

O estudo foi levado a cabo pela equipa de Rados Wojtak, da Universidade de Copenhague, Dinamarca. Partiram de medições independentes das massas dos aglomerados de galáxias e, a partir da Teoria Geral da Relatividade, calcularam o desvio gravitacional para o vermelho previsto, que coincidiu com os valores experimentais observados. 

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Higgs, a partícula de Deus.

A plausibilidade do Higgs, por ordem decrescente.

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Em busca do "ilusivo" bosão de Higgs

O "ultra-tímido" bosão de Higgs pode, finalmente, ter-se mostrado no LHC. Ambos os detectores principais, ATLAS e CMS, descobriram indícios de um Higgs leve. A ser verdade, o Modelo Padrão de Partículas estaria completo.
Ainda mais emocionante, um Higgs com uma massa perto de 125 giga eléctrão-Volt/c2, seria também o início de um caminho num terreno inexplorado. Ser tão leve implicaria pelo menos um novo tipo de partícula para estabilizá-lo. "É muito emocionante", afirmou o porta-voz do CMS, Guido Tonelli. "Este poderá ser o primeiro anel de uma cadeia de descobertas."
Sendo a principal teoria de como partículas e forças interagem, o Modelo Padrão tem sido um sucesso espectacular desde que foi proposto na década de 1960. Mas ele só funciona no pressuposto de que o bosão de Higgs existe realmente. A partícula é o cartão de visitas de uma entidade invisível chamado o campo de Higgs, que conferirá a massa  às partículas. O problema é o Modelo Padrão não poder prever  a massa do Higgs. Os físicos começaram, há vários anos, a sua caça em aceleradores de partículas na versão menos massiva. Experiências têm vindo a descartá-la num intervalo de massas, com excepção de uma janela estreita entre os 115 e 141 GeV/c2.
Agora, na Terça-Feira, os físicos do Large Hadron Collider, do CERN, perto de Genève, Suiça, Tonelli e Fabiola Gianotti, chefe do detector ATLAS, apresentaram, separadamente, os resultados de mais de 300 trilliões colisões de partículas de alta velocidade efectuadas no ano passado. "Esta é a primeira vez que nós estamos realmente a explorar a sua massa em toda a região com a sensibilidade certa, o que permitirá que se há algo lá então começaremos a ver alguma coisa", diz Tonelli.

                                 


Encontradas massas similares nos dois detectores.

Os dados do ATLAS restringem o Higgs para valores entre 115 e 131 GeV/c2 e os do CMS um pouco menos de 127 GeV/c2.
Mais empolgante, o ATLAS viu um vislumbre forte do Higgs a 126 GeV/c2 e o CMS viu um a 124 GeV/c2. É a primeira vez que ambos os detectores viram um sinal com quase a mesma massa. "Os resultados são importantes para nós. Foram obtidos de forma completamente independente", disse Tonelli.
O Higgs aparecerá fugazmente nos destroços de colisões de alta velocidade de protões no LHC, mas não pode ser visto directamente, já que decairá num trilionésimo de segundo. Os físicos olham para o chuveiro de partículas mais leves e  de fotões que resultarão da decomposição de bosões de Higgs, em várias massas possíveis. Há uma grande variedade de partículas que também produzem os mesmos produtos de decadência, assim os caçadores do Higgs têm que excluir a produção suspeita nos seus detectores.

Um sinal na tentativa

Embora ambas as equipas tenham vislumbrado o mesmo sinal em torno da mesma massa, ainda não há dados suficientes para reivindicar uma descoberta. O sinal no ATLAS de 126 GeV/c2 tem uma significância estatística de 2,3 sigma, o que significa que o resultado tem uma probabilidade de 2 por cento de ser uma flutuação aleatória; o sinal no CMS tem uma significância de apenas 1,9 sigma. Para reivindicar uma descoberta é preciso um significância de 5 sigma, isto é, haverá menos de 1 caso em um milhão de o resultado ser um acaso. "Há claramente insuficiência para concluir da sua existência nesta fase", diz Gianotti. "Pode ser algo interessante ou apenas uma flutuação".
Mesmo a sugestão de um Higgs de 125 GeV/c2 faz alguns teóricos suspirar de alívio. Embora o Modelo Padrão não possa prever a massa da partícula directamente, permite prever como outras partículas interagem com o Higgs, em particular os bosões W e Z que são responsáveis ​​pela força nuclear fraca.
Experiências anteriores descobriram que a massa  dos bosões W e Z é de 80,4 e 91,2 GeV/c2, respectivamente. Devido à forma como as partículas interagem, a massa de Higgs provavelmente variará entre cerca de 115 e 130 GeV/c2. Um Higgs de 125 GeV/c2 ou menos "é exatamente o que o médico receitou", diz o vencedor do Nobel, Frank Wilczek, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.


Nova Física


Esta sua massa abre também o caminho a uma Física para além do Modelo Padrão. Graças a subtis efeitos da Mecânica Quântica, um Higgs leve precisa de uma partícula companheira massiva  "agindo como uma espécie de guarda-costas", diz Tonelli. Caso contrário, o vácuo quântico a partir do qual as partículas aparecem seria instável e o Universo há muito se teria desintegrado. Se o Higgs é leve, o facto de estarmos aqui hoje sugere que haja pelo menos uma partícula extra além das do Modelo Padrão.
Wilczek pensa que é uma óptima notícia. Ela abre a porta a uma das extensões matemáticas mais bonitas do Modelo Padrão: a Supersimetria ou SUSY, que sugere que todas as partículas conhecidas têm uma parceira ainda não detectada e é uma promessa para resolver uma série de deficiências do Modelo Padrão. Pode unificar as forças nucleares forte e fraca com a força electromagnética e oferece um candidato para a matéria escura.
A versão mais simples da teoria prediz que as suas partículas parceiro extra já deveriam estar a aparecer no LHC, e elas não estão. Se o Higgs realmente tem a massa cerca de 125 GeV/c2 poderia dar vida nova à teoria em crise. "Em algum sentido a SUSY  vai receber um pouco de oxigénio", diz Tonelli. "Talvez a SUSY não seja o mais trivial e popular dos modelos, mas haverá um renascimento do interesse por ela. Continuará a ser uma importante área de pesquisa para os detectores do LHC no próximo ano.


Primeiro vislumbre


Entretanto, os físicos do ATLAS e do CMS  efectuarão mais colisões para obterem mais dados para saber se os sinais de um Higgs leve se confirma. Combinando-os com os dois conjuntos de dados actuais seria efectivamente o dobro da estatística.Tonelli admite que seria firmar a significância estatística entre 3,7 e 3,9 sigma, ou 1 em cada 10.000 colisões de o resultado ser um acaso.
Assumindo que o colisionador continue a funcionar bem, ambos os aparelhos devem ter dados suficientes para confirmar ou negar a versão mais simples do Higgs até o final de 2012. Até então, os físicos podem olhar este momento para trás como o seu primeiro vislumbre de uma grande descoberta.
Também seria, de todo, emocionante se o Higgs não aparecesse. Se os sinais actuais não se confirmarem, os físicos vão continuar a operar com o LHC, até este atingir a sua energia total em 2015, para procurar outras partículas ou fenómenos que poderiam dar partículas de massa, sem qualquer necessidade do Higgs. "Deve haver algo mais que desempenha esse papel", diz Gianotti.

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A possível emissão de partículas por buracos negros

Os buracos negros são os corpos mais escuros do Universo porque, devido à sua enorme gravidade, a curvatura do espaço é tal que a tudo o que passa a sua fronteira de eventos  é imediatamente  perdido o rasto. Os cientistas nunca viram um buraco negro porque nada, nem mesmo a luz, pode escapar dele.


Na verdade, quase nada pode escapar…


Na  Mecânica Quântica aprende-se que, no mundo subatómico, nenhuma barreira é intransponível. Partículas elementares, como os fotões e os electrões, não são como bolas saltitantes que, quando jogadas contra uma parede, ricocheteiam. Elas são mais parecidas com fantasmas.
Barreiras incentivam essas partículas fantasmagóricas a ficarem dentro de uma determinada área, mas ocasionalmente as partículas passam através delas. Esse estranho comportamento é o designado efeito túnel e nem mesmo os buracos negros são imunes a esse fenómeno.
De acordo com Andew Hamilton, astrofísico da Universidade do Colorado, o horizonte ou fronteira de um buraco negro é de facto uma barreira intransponível para os seres humanos ou qualquer outra coisa maior do que um átomo. Mas, de vez em quando, uma partícula subatómica consegue passar por ele.

   

Acredita-se hoje que todos os buracos negros emitam um lampejo incrivelmente fraco de material, chamado de radiação Hawking, efeito descoberto pelo físico inglês Stephen Hawking, em 1970. A teoria diz que a radiação faz com que os buracos negros percam massa.
De acordo com a Mecânica Clássica, não há nenhuma maneira pela qual a radiação escape de um buraco negro. Depois de ultrapassada a fronteira de eventos o espaço cai mais mais rapidamente que a luz, por isso nada pode sair dele sem viajar mais depressa do que a luz. Porém, de acordo com a Mecânica Quântica, existe a possibilidade de que algo possa sair pelo tunelamento quântico.
Para que isso aconteça, devem existir condições muito especiais.
Assim como a Mecânica Quântica permite o tunelamento quântico, ela também permite que as partículas surjam, aleatoriamente, à existência. Na realidade, as flutuações quânticas acontecem o tempo todo: pares de partículas e antipartículas surgem espontâneamente no vácuo espacial e, geralmente, aniquilam-se mutuamente.
Para que uma partícula possa escapar de um buraco negro uma flutuação quântica deverá ocorrer perto da borda do buraco negro. Quando isso acontece, por vezes uma partícula poderá ser colocada para fora antes que o aniquilamento aconteça e então a sua parceira vai imediatamente sendo alongada pelo buraco negro à medida em que mergulha para o seu centro.
Para que esta separação dramática ocorra, as partículas produzidas na flutuação quântica devem ter comprimentos de onda muito longos. A Mecânica Quântica diz que todas as partículas em deslocamento têm associado uma onda e assim elas têm comprimentos de onda, que descrevem a distância entre os seus picos sucessivos. Quanto mais lentamente uma onda ou partícula se movimenta, maior é o seu comprimento de onda.
Apenas as partículas que são produzidas por flutuações quânticas e que têm comprimentos de onda que são comparáveis ao tamanho do buraco negro são capazes de sair dele. Usando a analogia anterior, podemos dizer que essas partículas são especialmente fantasmagóricas. Os seus enormes comprimentos de onda tornam-nas livres para vaguear pelos domínios que ultrapassam o limite do buraco negro.
A radiação Hawking tem um comprimento de onda característico, que é comparável ao tamanho do horizonte do buraco negro. No caso do buraco negro que está no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, as partículas que saem dele têm comprimentos de onda com cerca de 14 vezes o raio do nosso sol. Nos buracos negros supermassivos as partículas devem ter comprimentos de onda longos como o tamanho de biliões de sóis para saírem dele.
Não há muitas partículas que se encaixam nos critérios necessários para escapar dos buracos negros.
Mesmo os buracos mais brilhantes (que são os menores, porque têm menos gravidade e, portanto, permitem que mais partículas escapem) são muito escuros. A radiação Hawking de um “pequeno” buraco negro do tamanho de 30 sóis é apenas um bilião de triliões de um trilionésimo tão brilhante quanto uma lâmpada de 100 watts!...
Esta radiação é completamente ofuscada pela luz de outros objectos brilhantes no espaço e por isso os cientistas ainda não conseguiram detectar a radiação Hawking.

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Mais próximos do Big-Bang

A principal actividade do LHC, o Large Hadron Collider, prevista para 2011, o colisionamento de pares de protões, acabou em 30 de Outubro, de acordo com o planeado. A experimentação já produziu o inverso de seis femtobams de dados, o equivalente a três vezes os dados de colisão obtidos na maior pesquisa anterior ao bosão de Higgs.  Vai  agora, num período de quatro semanas, estudar, com a maior profundidade até hoje nunca conseguida, o início do Big-Bang. 

Enquanto os cientistas analisam os dados obtidos no LHC, ele foi preparado para, a partir do pretérito dia cinco do corrente mês de Novembro, colisionar protões com iões de chumbo. Estas colisões produzem bolhas de matéria muito densa e quente, recriando as condições dos primeiros instantes do Big-Bang,  em tudo semelhante ao que teria acontecido nos momentos iniciais da criação do Universo. Colisões idênticas levadas a cabo no ano passado mostraram indícios da produção de um plasma de quarks e de gluões, um estado exótico da matéria em que os quarks, que normalmente estão acoplados em dupletos ou trios, se podem deslocar livremente. O fenómeno fora observado anteriormente no Relativistic Heavy Ion Collider, em Brookhaven, Nova Iorque, mas a maior energia das colisões no LHC permitirá obter temperaturas mais elevadas, o que levará a uma maior aproximação do momento inicial do Big-Bang.

Os cientistas esperam recolher, destas colisões, dez vezes mais dados do que os obtidos no ano passado, permitindo-lhes assim investigar o plasma de quarks-gluões em maior detalhe. Querem conhecer melhor como a matéria varia nesta região de altas temperaturas. 

Vão fazer colidir protões com iões de chumbo, colisões mais limpas do que as anteriores, que eram entre pares de iões de chumbo e cujos dados eram mais dificeis de interpretar.

O LHC vais ser desligado no iníco de Dezembro. Voltará a funcionar em Março de 2012 para efectuar colisões protão-protão, com energia de 8TeV, em vez da de 7TeV com que trabalhou este ano. Isto significa melhorar em 30% a sua sensibilidade à detecção do bosão de Higgs, a tão procurada partícula de Deus, e também ajudar a encontrar sinais da Supersimetria, uma extensão do Modelo Padrão das Partículas.

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