31 outubro 2006

A ciência de fazer arte e a arte de fazer ciência


A arte é uma questão de inspiração e habilidade nata, enquanto a ciência é uma questão de observar os fatos, fazer medições e extrair dessas observações leis genéricas, que possam ser comprovadas por futuras experiências.

Mas será só isso, mesmo? O quanto de ciência contém a produção artística? E o quanto de arte tem a produção científica?

As relações matemáticas nas artes plásticas são bem conhecidas, assim como na música. Mas quanta ciência haveria em um romance, por exemplo?

Por outro lado, o quanto a inspiração tem a ver com o trabalho científico?

É curioso observar que as grandes obras literárias - por exemplo - contém uma grande parcela que se pode identificar como "ciência". Os equilíbrios e as dissonâncias, o emprego da lógica (principalmente para levar o leitor a um clímax surpreendente) e a forma de abordagem do tema, para a obtenção do efeito desejado: prender a atenção do leitor e transmitir a mensagem pretendida. É isso que diferencia uma grande obra literária, uma bela poesia, uma narrativa bem feita, da grande maioria das obras literárias que poderiam muito bem nem terem sido paridas.

Sempre se pode argumentar que grandes obras artísticas são produzidas por pessoas com pouco ou nenhum conhecimento científico. Concedo... O que não significa que a ciência não esteja lá: apenas o autor não tem a noção consciente disso. A melhor prova disso foi dada por Louis Armstrong - o genial trompetista - que respondeu a uma pergunta sobre como improvisar sobre um tema musical: "cara, se você tem que perguntar, nunca vai entender". Qualquer um é capaz de improvisar sobre um tema musical, mas só aqueles que sabem como fazê-lo, vão obter resultados que provoquem admiração. Ciência? Em minha opinião, sim.

E o trabalho científico? Em sua maior parte a produção de dados científicos se assemelha àquelas obras literárias a que me referi acima: poderiam muito bem jamais terem sido feitas... É só verificar os anais do "Prêmio IgNobel" para ver quanto do que passa por trabalho científico nada acrescenta à ciência.

Mas toda e qualquer descoberta inovadora tem um "que" de inspiração. Algo que vai além da mera observação dos fatos e seu registro. Aquele momento em que o cientista para de observar o universo com os olhos do cotidiano e tem seu "momento de artista": a inspiração de raciocinar "e se - em lugar de fazer como sempre - tentarmos uma abordagem diferente?"

Da mesma forma com que o escultor vê no bloco de pedra a estátua e trata de retirar os pedaços que sobram, o cientista busca o oculto na aparência do cotidiano. De igual modo ao poeta que alinhava palavras - gastas na repetição coloquial diária - e delas extrai efeitos comoventes, o cientista associa fatos conhecidos e deles extrai novas linhas de raciocínio que abrem novas fronteiras no conhecimento.

Em resumo: sem o fator "criatividade", tanto a arte como a ciência já teriam desaparecido. A arte se resumiria a uma contínua repetição de fórmulas consagradas e a ciência a um "saber enciclopédico", encerrado nas páginas amareladas do já conhecido.

Por isso, eu - que não sou artista, nem cientista - afirmo que, sem sombra de dúvida, existe uma ciência para fazer (boa) arte, assim como uma arte para fazer (boa) ciência.

(Por favor, qualquer comentário deve ser postado aqui)

29 outubro 2006

Physics News Update nº 798

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 798, de 25 de outubro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi

A TABELA PERIÓDICA DE BÁRIONS tem sido recentemente suprida de vários novos elementos peso-pesado. Tal como a adição dos dois novos elementos (116 e 118) à tabela periódica da química, os novos membros da tabela periódica de bárions são instáveis e efêmeros, mas a observação de sua existência serve para expandir nossa compreensão da matéria no universo. Os novos bárions, os mais maciços até agora, com massas em torno de 5,8 GeV foram extraídos de trilhões de colisões de próton/antipróton, realizadas em uma energia de 2 TeV no Fermilab. De acrodo com a "caixa de ferramentas" do Modelo Padrão, toda a matéria é montada a partir de uma família de seis léptons e seis quarks. Entre os léptons, apenas o elétron conta para os átomos comuns e, entre os quarks, somente os quarks "up" (u) e "down" (d) servem para preencher prótons e nêutrons. Assim é que o próton é uma troika de quarks u-u-d, enquanto o nêutron é uma formação d-d-u. Mas se pode imaginar outros bárions (partículas constituídas por três quarks) feitas de diferentes combinações de quarks, ou com diferentes valores de spin (o próton e o nêutron têm, ambos, um valor nominal de spin de 1/2). Embora possam ser produzidas artificialmente em colisões de partículas, bárions contendo outros quarks – strange (s), charm (c), bottom (b) ou top (t) – são instáveis e decaem rapidamente. Ainda assim, para entender a força forte que governa a matéria nuclear, os físicos se esforçam para criar e medir todos esses candidatos a bárion. (Para uma figura da hierarquia dos bárions veja http://www.aip.org/png/2006/270.htm)
Até agora, só havia um bárion bem estabelecido contendo o quark bottom, o chamado Lambda-b. A priemeira evidência de sua existência foi relatada pelo CERN e o Fermilab, ná década de 1990, com base em um punhado de eventos. Agora a colaboração CDF no Fermilab está reividicando a descoberta de dois tipos de bárion, cada um com base em cerca de 100 eventos. Atualmente existem quatro novos dos assim chamados bárions Sigma-b: dois bárions com carga positiva, com uma combinação u-u-b (um com spin 1/2 e outro com spin 3/2), o primeiro dos quais constitui uma espécie próton-bottom; e dois bárions com carga negativa com uma combinação d-d-b (com spins respectivos 1/2 e 3/2). Em todos os casos, os Sigma decaem quase que imediatamente em uma partícula Lambda-b (com uma combinação de quarks u-d-b), mais um píon. No detector, o Lambda tipicamente voa por 100 mícrons antes de decair em um Lambda-c (um bárion Lambda com um quark c no lugar de um b), que rapidamente decai em um próton comum. Existirão dados suficientes para a reivindicação da "descoberta" dessas partículas? Os novos resultados foram anunciados em uma recente apresentação no Fermilab por Petar Maksimovic, da Universidade Johns Hopkins. Jacobo Konisberg, da Universidade da Flórida, o co-porta voz do grupo CDF diz que as probabilidades estatísticas contra a real existência das partículas Sigma-b estão a nível de umas poucas partes em 1.019.

SUPERFLUIDO DE FÉRMIONS EM UMA GRADE ÓPTICA. Neste verão de 2006, enquanto a Europa e a América do Norte foram atingidas por recordes de altas temperaturas, o laboratório Wolfgang Ketterle em Cambridge, Massachussets, continuou a explorar a matéria a recordes de temperaturas baixas. Em três novas publicações – na Nature, Science e na Physical Review Letters – Ketterle e seus colegas do MIT relatam várias novas formas de comportamento quântico em uma área de fronteira entre física atômica e física de matéria condensada. As amostras usadas são gases atômicos diluídos (dois deles com átomos de férmions e um com átomos de bósons), mas as propriedades estudadas – coisas como condutividade e fluxo de fluido – são mais típicos de de liquidos e sólidos. Aqui estão três novos resultados:
1. A primeira observação direta da separação das fases entre um fluido e um superfluido. O grupo do MIT havia anteirormente obtido prova visual, na forma de imagens de vórtices, que os átomos de Lítio-6 se emparelharam e se condensaram em um superfluido ( PNU nº 734, 1ª matéria ). Na medida em que os férmions (partículas cujo spin total tem um valor fracionário), os átomos de Li-6 obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, que impede que átomos fermiônicos ocupem um mesmo estado quântico – tal como os átomos bosônicos (cujo spin é inteiro) formam um Condensado Bose-Einstein (BEC). Por outro lado, os átomos de Li-6 podem ser manipulados com campos magnéticos externos para interagir de várias maneiras. Emparelhadas, elas podem, tal como bósons, continuar e formar um estágio condensado superfluido. Em um trabalho posteiror, os físicos do MIT foram capazes de obter um superfluido de Li-6 no qual havia um desbalanceamento na população de átomos com spins orientados de maneira oposta. Isto permitiu que o gás atômico existisse parcialmente como um superfluido e parcialmente como um fluido normal. No novo trabalho, essa separação entre as fases fluida e superfluida foi registrada (Shin et al., Physical Review Letters, 21 de julho de 2006; ver o site do MIT, com figuras em ( http://web.mit.edu/newsoffice/2006/superfluidity.html ); ver também Nature, 6 de julho de 2006). Ketterle acredita que esta é a primeira vez se registra a imagem de um material quântico-superfluido (e.g, um superfluido ou um supercondutor), junto com a fase normal. Neste caso a fase superfluida é vista no interior de um casulo da fase normal.
2. Primeira observação das Células Isolantes de Mott. Um isolante de Mott (de Neville Mott) é um tipo de condutor frustrado; muito embora no material devesse haver espaços em uma grade para que cargas extra pudessem penetrar, as interações fortes entre elétrons restringem a condutividade, tornando o material um isolante, embora devesse ser um condutor (ver PNU nº 645, matéria 2 ). No trabalho do MIT, as partículas em movimento não são elétrons, mas átomos neutros (átomos de Rubídio em um Condensado Bose-Einstein) e a grade subjacente não é uma matriz de átomos, mas uma grade óptica – um tipo de "sólido difuso" artificial onde feixes de laser aprisionam um ou mais átomos nos interstícios de um feixe de luzes entrcruzadas. Pelo cuidadoso ajuste dos campos magnéticos externos, se obtém uma estrutura tal como uma boneca russa do tipo Matrioska: camadas isolantes de Mott, uma dentro da outra, são separadas por camadas de superfluido. Esta estrutura foi deduzida a partir de uma cuidadosa aplicação da tecnologia de espectroscpia usada em relógios atômicos (travando um transmissor de microondas na capacidade receptiva absorvente de átomos super-resfriados). Ketterle acredita que vapores Mott/BEC, podem, por sua vez, tornar os relógios atômicos mais precisos. (Campbell et al., Science, 4 de agosto de 2006.) O grupo de Immanuel Bloch em Mainz poderá estar publicando, também, novos resultados nesta área.
3. O primeiro superfluido fermiônico observado em uma grade óptica. Isto representa a primeira vez que que partículas fermiônicas emparelhadas, constituindo um fluido quântico, foram nominalmente acomodadas dentro de uma configuração de forças semelhantes a um cristal. Isto é um grande passo em direção a grandes metas de pesquisa com átomos fermiônicos super-resfriados, especialmente a capacidade de criar um superfluido ou supercondutor cristalino, no qual os parâmetros de interação podem ser ajustados à vontade. Neste caso, o indício para a coerência quântica dos átomos, residentes dentro da grade óptica, é indireta e consiste em um padrão de interferência que surge quando os átomos são libertados do emparelhamento, um evento controlado a partir de um magneto externo (Chin et al., Nature, 26 de outubro de 2006.)
Para um assunto que se move rápido como o estudo de átomos utra-resfriados capturados, existem vários outros resultados relacionados. Por exemplo, um grupo Harvard-Gerorge Mason-NIST (que inclui Charles Clark do NIST) também obteve algumas novas perscpectivas sobre isoladores de Mott em gases quânticos; ( ver resumo aqui. Randy Hulet e seu grupo na Universidade Rice também estão perto de obter novos resultados em populações de spins desbalanceados (a serem publicados na Physical Review Letters, versão pré-publicação aqui) bem como para investigações de emparelhamento em suprefluidos (a serem publicadas no Journal of Low Temperature Physics; (versão pré-publicação aqui ).


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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.

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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.


18 outubro 2006

Physics News Update n° 797

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 797, de 16 de outubro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update

DESCOBERTOS OS ELEMENTOS 116 E 118. No Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna, Russia, físicos (inclusive colaboradores do Laboratório Nacional Lawrencw Livermore, nos EUA) enviaram um feixe de íons de Cálcio-48 sobre um alvo de átomos de Califórnio-249, para criar um punhado de átomos do elemento 118. Os núcleos desses átomos têm um uma massa atômica total de 294 unidades. De fato, apenas três desses átomos, os mais pesados já produzidos em uma experiência controlada, foram observados. Após enviar 2 x 1019 projéteis de cálcio sobre o alvo, um átomo do elemento 118 foi descoberto, no ano de 2002, e mais dois átomos em 2005. Os pesquisadores retiveram a publicação após observar o primeiro espécime, a fim de observar mais eventos. De acordo com o físico de Livermore. Ken Moody, em uma conferência para a imprensa em Livermore, hoje, os três eventos foram bem estudados e a probabilidade de um êrro estatísitico no trabalho são menores do que 1 em 10.000. A cautela é natural no pensamento de qualquer um que venha anunciar um novo elemento; indícios de um elemento 118 foram apresentadosm anteriormente, por uma equipe do Laboratório LBL ( Physics News Update nº 432, 1ª matéria), mas a reivindicação foi, posteriormente retirada (Physics News Update nº 550, 1ª matéria), quando se descobriu que alguns dados tinham sido falsificados.
Ao procurar entre 1019 eventos de colisões, como se pode afirmar que se descobriu um novo elemento? Por causa da clara e ímpar seqüência da descarga de partículas alfa, pacotes nucleares constituidos de dois prótons e dois nêutrons. Neste caso, os núcleos do elemento 118 decaem para o elemento 116 (ele próprio observado pela primiera vez), e daí para o elemento 114, e deste para o elemento 112, pela emissão de partículas alfa detectáveis. O núcleo do elemento 112, subseqüentemente, se fissiona em partículas filhas razoavelmente semelhantes. A vida média observada para as três amostras do elemento 118 foi de cerca de um milissegundo, o que não é suficiente para realizar qualquer tipo de testes químicos (seria necessário um tempo de uma hora para isso). O elemento 118 fica logo abaixo do Radônio na Tabela Periódica e, portanto, é um tipo de gás nobre. A equipe Dubna-Livermore já havia anunciado, anteriormente, a descoberta dos elementos 113 e 115 (Physics News Update nº 672, 1ª matéria) e espera, futuramente, produzir o elemento 120, por meio do esmagamento de um feixe de átomos de Ferro em um alvo de Plutônio. Para poduzir núcleos mais pesados do que isso, seria necessário um feixe de núcleos radiativos ricos em nêutrons; a proposta para construir um acelerador nos EUA para fazer exatamente isso foi frustrada. (Oganessian et al., Physical Review C, outubro de 2006; ver o press release do Livermore em www.llnl.gov)

UMA CÃMERA DIGITAL DE UM SÓ PIXEL, acreditam os cientistas da Universidade Rice, reduzirá o consumo de energia e espaço de armazenagem, sem sacrificar a resolução espacial. Esta nova abordagem visa confrontar um dos dilemas básicos das imagens digitais, mais exatamente o grande fator de desperdício. Considere-se que uma câmera de mega-pixels, quando se tira uma imagem, captura e momentaneamente armazena um milhão de números (os níveis de luminosidade dos pixels). Nenhuma câmera pode armazenar tantas informações para centenas de imagens, de forma que acontece uma imediata compressão de dados logo dentro da câmera. Um pequeno microprocessador realiza uma Trasnformada de Fourrier; ou seja, converte uma imagem digital em uma soma ponderada de várias ondas senoidais. Em lugar de um milhão de números, a imagem pode ser, então, comprimida até algo tal como 10.000 números, correspondentes aos coeficientes mais importantes da transformação matemática. Estes são os números realmente retidos para o posterior processamento em imagens. A câmera Rice econmiza espaço e energia eliminando o primeiro passo. Ela se livra de milhões de pixels. Em vez disso, ela vai logo para uma versão transformada (cerca de 10.000 números, no lugar de um milhão), observando a cena prismaticamente com um único pixel. Não, a luz do objeto não passa através de um rpisma, mas é observada de cerca de 10.000 maneiras diferentes. A luz, em uma rápida sucessão de "olhadelas" é refletida pela miríade de facetas individualmente direcionadas de um dispositivo de micro-espelhos digital, ou DMD (ver página "Digital Micromirror Device da WikPedia, em inglês). Os espelhos de um DMD (do tamanho de um mícron ou quase isto), não capturam uma imagem de um objeto ou gravam dados, porém meramente dirigem a luz; eles podem ser angulados individualmente, de forma tal que a luz atinja ou não um foto detector, dependendo se a luz representa um 1 ou 0 no momento. A idéia principal é que o DMD aja como uma espécie de computador óptico analógico. Cada vez que o pixel "vê" o objeto, um diferente conjunto de orientações é imposto ao dispositivo de micro-espelhos. E, em uma interessante mudança, a câmera Rice emprega orientações aleatórias. Parecendo o não-significativo borrão de casas brancas e negras de um quadro de palavras-cruzadas, a superfície do DMD é refletivo aqui e escuro ali; alguns espelhos vão fielmente refletir a luz do objeto para o pixel, enquanto outros, com efeito, parecerão negros. Então o objeto é visualizado, novamente, com um padrão diferente de disposição dos micro-espelhos; novamente, o pixel vai registrar um nível de luminosidade geral. O processo se repete por cerca de 10.000 vezes. Finalmente, em um computador off-line os diferentes níveis de luminosidade do pixel, juntamente com os padrões de disposição dos micro-espelhos, são processados, usando-se um novo algorítimo, para reconstruir uma imagem nítida. Não é exatamente a mesma coisa que o processo de captura de imagens usado em cristalografia com raios-X ou CAT scans (que também convertem micropontos de imagens em imagens) mas um novo tipo de captura de imagem chamado de "sensoreamento compressivo", que tem apenas dois anos de idade.
Em resumo, a aquisição de dados de imagem é reduzida em muitas vezes (economizando em armazenagem da dados), somente um pixel é necessário o que libera um espaço valioso no detector primário) e a parte "braçal" do processo pode ser despejada para um computador remoto, em lugar de um chip no interior da câmera, reduzindo, assim, grandemente o consumo de energia e aumentando a duração das baterias. Os pesquisadores da Rice Richard Baraniuk e Kevin Kelly dizem que ua virtude adicional da câmera é que, com somente um pixel, o detector (um foto-diodo) pode ter as propriedades que se quiser. Ele pode até acomodar comprimentos de onda correntemente indisponíveis para fotografias digitais, tais como raios-X, ondas de TeraHertz, até Radar. Um protótipo funcional da câmera foi construído. Uma das principais tarefas é reduzir o tempo para gravar uma imagem; o preço para comprimir espaço, pixels e energia é espalhar tudo em tempo, uma vez que o pixel cíclope deve "piscar" 10.000 ou mais vezes para capturar a imagem. Como diz Baraniuk, a forma de fotografia da Rice é multilexada pelo tempo. Os resultados da Rice foram relatados, na última semana, no Encontro Fronteiras na Óptica da Sociedade Americana de Óptica, realizado em Rochester (www.osa.org/meetings/annual/) (Para uma figura do dispositivo e o resultado das imagens, ver a página http://dsp.rice.edu/cscamera e a publicação da pesquisa em http://www.dsp.ece.rice.edu/cs/cscam-SPIEJan06.pdf )


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Physics News Update n° 796

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 796, de 11 de outubro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update

PRIMEIRA REAÇÃO QUÍMICA COM ANTIMATÉRIA. A Colaboração Athena, um grupo esperimental que trabalha no laboratório do CERN em Genebra, mediu reações químicas que envolvem Hidrogênio Antiprotônico, uma coisa ligada que consiste em em um antipróton, negativamente carregado, emparelhado com um próton positivamente carregado. Este objeto composto, que também pode ser chamado de Protônio, eventualmente se aniquila, criando um número par de píons carregados como rastro. Normalmente, a aniquilação se dá em um trilhonésimo de segundo, mas no aparato da Athena (e suas condições extremamente restritas de vácuo) a duração é de um incrível milhonésimo de segundo. O Protônio aparece da seguinte maneira. Em primeiro lugar, são criados antiprótons no próton-síncroton do CERN, esmagando prótons em um alvo fino. Os antiprótons resultantes passam ,então, por uma desaceleração, de 97% para 10% da velocidade da luz. Mais alguns estágios de arrefecimento, que incluem a imersão em um banho de elétrons lentos, trazem os antiprótons a um ponto onde eles podem ser capturados pela armadilha eletrostática Athena. Isto permite que os pesquisadores estudem, então, pela primeira vez, uma reação química entre o mais simples íon de antimatéria – o antipróton – e o íon molecular mais simples da matéria, mais exatamente o H2+ (dois átomos de H com um elétron faltando). Juntar esses dois íons resulta em Protônio, mais um átomo neutro de Hidrogênio (ver figura em
http://www.aip.org/png/2006/269.htm ).
Isto representa a primeira reação química entre máteria e anitmatéria, se não se levar em consideração a interação de posítrons (antielétrons) com a matéria comum. (Anteriormente antiprótons foram inesridos em átomos de Hélio, mas isto não constituiu uma "reação química", uma vez que os antiprótons apenas substituíam um elétron no átomo de Hélio)
De acordo com NIcola Zurlo da Univesidade de Brescia e seus colegas, a emissão experimental da eventual aniquilação do Protônio (veja figura em www.aip.org/png) peermitiram que os cientistas da Athena deduzissem que o número quântrico principal (indicado pela letra n) do Protônio tem um valor médio de 70, em lugar do valor esperado de 30. Além disso, o momento angular do Protônio ficou tipicamente bem abaixo do esperado – talvez por causa da baixa velocidade relativa na qual os íons de matéria e antimatéria se aproximaram antes da reação. Os cientistas da Athena esperam realizar uma especroscopia do seu "átomo" próton-antipróton, em acréscimo à já programada espectroscopia dos átomos capturados de ani-Hidrogênio, que consiste em de antiprótons casados a posítrons (Zurlo et al., Physical Review Letters, 13 de outubro de 2006. Website do laboratório: http://athena.web.cern.ch/athena/ )

LASER UV BOMBEADO POR FEIXE DE URÂNIO. Lasers consistem de um meio ativo de átomos excitáveis, um mecanismo de bombeamento para excitar estes átomos, e uma cavidade para armazenar um pulso de radiação coerente. No laboratório GSI em Darmstadt, Alemanha, os cientistas tiveram sucesso, pela primeira vez, em usar um feixe de íons de urânio como a "bomba" para produzir a luz laser UV. Funciona assim: o feixe de U ioniza átomos de Kriptônio, que, por sua vez, formam moléculas excitadas com Flúor. As moléculas de KrF são as entidades excitadas que emitem a luz coerente em um comprimento de onda de 248 nm. Um laser que usa esta rara mistura de gás-halogênio é chamada de um laser de excímero ("dimer" excitado). Esta não é o comprimento de onda mais curto já obtido e o esquema de bombeamento de Urânio não é tão eficiente, assim. Então, por que usar essa abordagem para produzir lasers, especialmente quando estão disponíveis no comércio lasers de KrF bombeados eletricamente? Porque este foi um teste pioneiro para produzir luz laser em excímeros que não possam ser eletricamente bombeados. De acordo com Andreas Ulrich da Tecnische Universitat de Munique, a meta é excitar excímeros de gases raros puros para produzir radiação na faixa do esperctro VUV (ultravioleta no vácuo) e raios-X moles. Somente agora os raios de Urânio no GSI foram potentes o suficiente para bombear energia para lasers nessa região de comprimentos de onda. Sendo tão pesados, os átomos de Urânio depositam sua energia com muito mais eficiência do que partículas mais leves, tais como os elétrons. (Ulrich et al., Physical Review Letters, 13 de outubro de 2006)

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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.

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06 outubro 2006

Uma notinha sobre o PNU nº 795

Escondidinha, logo abaixo da discussão sobre o Nobel de Física, o Physics News Update nº 795 tem uma nota da mais alta importância, sobre aceleradores de partículas.

Sean Carrol, no Cosmic Variance, publica um comentário bastante interessante sobre o fato e - para os que têm dificuldades com o inglês - eu traduzo abaixo:

Isso aí em em seu bolso é um acelerador de partículas, ou você está feliz só por me ver?

O Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider - LHC) aclera prórtons até uma enrgia de 7.000 GeV, o que é realmente impressionante. (Um GeV é um bilhão de elétron-volts; a energia de um único próton, em repouso, usando-se E=mc² é de cerca de 1 GeV). Mas ele necessita de um anel de 27 km e o custo é medido em bilhões de dólares. O próximo acelerador projetdo é o Colisor Linear Internacional (International Linear Collider - ILC) que será igualmente grande em tamanho e custo. As pessoas tem-se preocupado, e não sem razão, que o fim está à vista na física experimental de partículas, na fronteira da eneregia, na medida em que se torna proibitivamente caro construir novas máquinas.

É por isso que é uma grande notícia que os cientistas nos Laboratórios Lawrence Berkley e Oxford tenham conseguido acelerar elétrons até 1 GeV. O que é que você diz? 1 GeV parece pouco comparado com 7.000 GeV? Sim, mas esses elétrons foram aclerados em uma distância de somente 3,3 cm, usando a tecnologia "laser wakefield". Você pode fazer a extrapolação: se você conseguissse simplesmente aumentar a escala (na verdade as coisas não são tão simples) você poderia chegar a 10.000 GeV em uma distância de centena de metros.

O LHC e o IHC não vão ser o fim da física de partículas. Mesmo na escala de Plank, 1018 GeV, não é tudo isso. Em termos de massa-energia, é somente um milionésimo de um grama. A energia cinética de um carro veloz é da ordem de 1.016 GeV, próxima da escala tradicional da grande unificação. (Por que? A energia cinética é mv²/2, mas vamos ignorar a ordem da unidade. A velocidade da luz é c = 299.792.458 metros por segundo (ou 1.079.252.848,8 km/h). De forma que um carro que vá a 70 milhas por hora se move a 10-7 da velocidade da luz. A massa de um carro é de cerca de uma tonelada métrica, o que é 106 gramas e um grama é 1024GeV. De forma que um carro dá uns 1030 GeV. [ou você poderia simplesmente saber quantos nucleons existem em cada carro]. Assim, a energia cinética de é a massa vezes a velocidade ao quadrado, o que é 1030*10-7² GeV = 1016GeV.

O truque, é claro, é meter toda essa energia em uma única partícula, mas isso é um problema de tecnologia. Nós vamos chegar lá.


É claro que o "é só..." do Sean é a parte mais difícil. Mas coisas muito mais "cabeludas" já foram conseguidas. a partir de bem menos.

E aí!... Deixa de ser muquirana e começa a juntar a grana para comprar um acelerador de partíclas de bolso para seu neto, senão ele vai ser o "pele" da turma do ginásio...

03 outubro 2006

Physics News Update nº 795

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 795, de 3 de outubro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update

OS PRÊMIOS NOBEL DE FÍSICA DE 2006 serão concedidos a John. C. Mather do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA e George F. Smoot da Universidade da Califórnia, Berkley e Laboratório Nacional Lawrence Berkley, pelo estudo dos primórdios do universo. Eles foram importantes no desenvolvimento da experiência Explorador do Fundo Cósmico (Cosmic Background Explorer = COBE). Esta astronave em órbita foi a primeira a detectar pequenas variações de temperatura no fundo cósmico de microondas (cosmic microwave background = CMB), o banho de radiação que representa a primeira luz capaz de se mover livremente pelo universo, após o Big Bang. O CMB foi inicialmente observado, nos anos 19060, por Arno Penzias e Robert Wilson, nos Laboratórios Bell, e rendeu-lhes um prêmio Nobel. Pensava-se, naquela época, que o CMB deveria ser, de alguma forma, não-homogêneo (ele não poderia ser absolutamente uniforme ao longo dos céus), uma vez que as subseqüentes galáxias que vemos hoje, teriam que ter se formado de pequenos desbalanceios de massa no dominante plasma quente que constituia a substância do universo (em tanto quanto sabemos), logo antes dos primeiros átomos se formarem. Mas o quão grandes eram esses aglomerados me matéria, que apareciam como pequenas variações de temperatura no mapa da CMB ao longo do céu, era desconhecido. Em uma conferência de imprensa, no encontro da APS em 1992, os porta-vozes da COBE, inclusive Smoot e Mather, anunciaram a descoberta de variações do nível e partes por centena de milhar, contra uma temperatura média de 2,7 °K (PNU nº 077 - matéria 1). O fundo de microondas é, com efeito, a maior coisa que podemos observar (na verdade, ele se estende por todo o céu), a coisa mais remota que podemos mapear e a coisa mais antiga que se conhece. A COBE foi a primeira a medir as variações e a primeira a fornecer uma temepratura média realmente precisa para o universo, 2,726°K (PNU Nº 109 matéria 1). No encontro da Sociedade Americana de Astronomia esta temperatura foi relatada e deu para ouvir a audiência engolindo em seco, porque o conjunto de pontos de dados acumulados ficava no topo do esperado espectro temperatura de corpo negro – a coincidência entre os dados e a teoria era boa demais. O trabalho da COBE representou um grande feito científico experimental, uma vez que as pequenas variações de temperatura do distante CMB tiham que ser medidas contra uma barreira da nuvem de microondas procedentes de nosso sistema solar, nossa galáxia e outros corpos celestes. Além disso, o movimento da Terra em torno do Sol, do Sol em torno da Via Láctea e da Via Láctea dentro de nosso grupo local de galáxias, todos tinham que ser levados em conta. Outros detectores posteriores do CMB, inclusive Boomerang e DASI, adicionaram mais e mais detalhes ao fundo de microondas (PNU nº 573 matéria 1). O largo mapa do céu de microondas, que mostrava manchas de temperaturas mais altas ou baixas, ficou ainda mais definido. Mas os físicos freqüentemente apresentavam seus dados principalmente na forma de um gráfico de momentos multipolares, correspondentes às contribuições de microondas de diferentes escalas angulares, como se o CMB fosse composto de componentes de dipolos, quadripolos, octopolos, etc. As medições mais recentes e melhores foram apresentadas pelo detector WMAP, que fronece a mais clara curva multipolar, bem como fornece os melhores valores para importantes parâmetros cosmológicos, tais como a idade do universo, a curvatura geral do espaço-tempo e a hora em que os primeiros átomos formaram as primeiras estrelas. (PNU Nº 769 matéria 1).
Informações adicionais sobre o Prêmio Nobel incluem vários bons artigos no Scientific American: janeiro de 1990, sobre a própria COBE; maio de 1978, sobre o Big Bang e a descoberta do CMB; maio de 1984, sobre o modelo inflacionário; e março de 2005, sobre idéias erradas sobre o Big Bang. (Website do Prêmio Nobel: http://nobelprize.org; website do LBL, http://www.lbl.gov/ )

ACELERAÇÃO DE GeV EM SOMENTE 3 CENTÍMETROS. Muito da física de partículas, ao longo so século passado, foi tornado possível por máquinas de podiam acelerar partículas a energias da ordem de milhares de elétron-Volts (keV), e, depois, à casa dos milhoões de elétron-Volts (MeV) e até a casa dos bilhões (GeV). Com tais altas energias, feixes de partículas podem, quando esmagadas contra um alvo qualquer, recriar, por curto tempo, um pequeno pedaço do antigo universo quente. Agora, o esforço para dar maior aceleração às partículas em um pequeno espaço teve um notável passo adiante. Físicos do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade de Oxford conseguiram acelerar elétrons a uma energia de 1 GeV em um espaço de apenas 3 cm. O dispositivo ganhou o nome de "Acelerador Laser Wakefield", uma vez que ele acelera os elétrons usando potenters campos elétricos estabelecidos na esteira de um pulso de luz laser que passa através de uma cavidade peenchida com plasma. Já haviam sido atingidos gradientes de 100 GV/m, mas o processo de acleração não podia ser mantido para energias muito acima de 200 MeV. (Leemans et al., Nature Physics, outubro de 2006.)

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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.