O prêmio Nobel de Física de 2013

Photobucket

Foto de Englert: Pnicolet via Wikimedia Commons | Foto de Higgs: G-M Greuel via Wikimedia Commons | Imagem composta por Lalena Lancaster

Comitê do Nobel também menciona os experimentos do Large Hadron Collider como confirmação da partícula de Higgs.

8 de outubro de 2013
Por: 

Ben P. Stein, Diretor do Inside Science

(ISNS) – O Prêmio Nobel de Física de 2013 foi concedido ao cientista belga François Englert e ao cientista britânico Peter W. Higgs “pela descoberta teórica de um mecanismo que contribui para nossa compreensão da origem da massa das partículas subatômicas e que foi recentemente confirmado pela descoberta da partícula fundamental prevista, pelos experimentos ATLAS e CMS do Large Hadron Collider do CERN”.

Em 1964, Englert, em conjunto com um colega já falecido, Robert Brout, e Higgs publicaram, independentemente, artigos que davam uma explicação sobre como algumas partículas subatômicas, tais como elétrons e quarks, adquirem massa. Segundo seu trabalho teórico, essas partículas intergiriam com um campo invisível, existente no universo, agora conhecido como o Mecanismo de Higgs, para adquirirem suas massas. Em 4 de julho de 2012, dois grupos de pesquisas no Large Hadron Collider (LHC), no laboratório do CERN de física de partículas na Europa anunciaram a detecção de uma partícula que, como mais tarde foi confirmado, vem desse campo invisível.

“Ambos [os teóricos] fizeram uma contribuição para a explicação da origem da massa e estas contribuições não podem ser individualizadas. Afinal, o que eles fizeram foi essencial para o Modelo Padrão da Física de Partículas”, declarou Olga Botner, da Universidade de Uppsala na Suécia, ao anunciar o prêmio.

“Não surpresa alguma”, comento Drew Baden, um físico da Universidade de Maryland, em College Park, “e é uma história realmente interessante”.

Há cinquenta anos, os físicos enfrentavam um enorme problema. Eles sabiam que o universo era composto por partículas fundamentais, tais como elétrons, prótons e nêutrons, que serviam como peças para a montagem da matéria. Estas partículas eram governadas por forças, tais como o eletromagnetismo, que as punham em movimento. Entretanto, este Modelo Padrão da física de partículas tinha sérias limitações. Ele não podia explicar porque alguns objetos — tais como os elétrons — tinham massa e outros, tais como os fótons, não tinham. Pelo Modelo Padrão de 1963, nada teria massa e zuniria pelo universo afora na velocidade da luz. Não seria possível a formação de átomos e moléculas e as estrelas, planetas, galáxias e as pessoas não poderiam existir.

É aí que entra em cena um grupo de teóricos — físicos que pretendem descrever a natureza através da matemática — para resolver o problema de porque certas partículas no universo têm massa, enquanto outras não.

A resposta veio com a percepção de que o universo está imerso em campos. Por exemplo, o campo eletromagnético permeia o espaço e faz com que objetos com carga positiva sejam atraídos por outros com carga negativa. As forças eletromagnéticas são exercidas entre os objetos através da troca de fótons.

Na década de 1960, vários teóricos descobriram independentemente que tinham a solução para o enigma das massas para o Modelo Padrão. A solução que eles apresentaram envolvia a existência de outro campo invisível, agora conhecido como Campo de Higgs. Algumas partículas, tais como os fótons, não são afetadas por ele enquanto o atravessam. Outras, tais como os elétrons, experimentam uma resistência a seu movimento, ou inércia, o que lhes confere massa.

“Até a descoberta do Higgs, não havia um fiapo de indício experimental”, comenta Baden, um físico da equipe do CMS no LHC. Em lugar disso, segundo ele, o conceito todo veio de uma solução matemática para um problema, que mostrava como as partículas poderiam adquirir massa.

Vários teóricos descobriram a solução de Higgs. Primeiro, Englert e seu colega Brout, publicaram um artigo que previa esse campo invisível. Peter Higgs, de maneira independente, publicou um artigo que previa que uma partícula, que veio a ser denominada Bóson de Higgs, poderia ser emitida pelo campo, tal como os fótons são emitidos pelo campo eletromagnético. Outro grupo de teóricos, Gerald Guralnik, C. Richard Hagen e Tom Kibble, porteriormente publicaram independentemente um artigo que predizia o mesmo mecanismo.

Baden disse que a premiação simultânea para Englert e Higgs “uma solução de compromisso muito bonita”, assim como o reconhecimento dos experimentais do LHC que detectaram a partícula. Englert e Higgs “puseram a bola em movimento” quanto à ideia da existência de um campo invisível que permeia o espaço.

Ao longo de décadas, o Higgs permaneceu como a peça que faltava no Modelo Padrão. Ele explciava porque algumas partículas fundamentais tinham massa. No entanto, ele era incrivelmente difícil de detectar. Segundo as previsões, o próprio Higgs tinha massa. E ele era muito pesado, muito mais pesado do que qualquer outra partícula fundamental até então detectada. Para extrair uma partícula do campo de Higgs é necessária uma enorme quantidade de energia.

Somente depois da construção pelo CERN do LHC que os físicos puderam extrair de modo confiável as partículas de Higgs desse campo invisível. O LHC começou a funcionar em 2008.

O LHC acelera feixes de 500 trilhões de prótons — as partículas positivamente carregadas do núcleo dos átomos — até 99,99999 % da velocidade da luz, ou seja, uma energia de 4 teraeletron-volts, ou TeV. É o equivalente à energia de um trem em  disparada, concentrada em um raio de prótons subatômicos. O LHC esmaga dois desses feixes, um de encontro ao outro, para criar jorros de partículas. A famosa equação de Einstein, E=mc², diz que a energia pode ser convertida em massa e vice versa. A partir da pura energia dessa colisão, podem emergir novas partículas, totalmente diferentes dos prótons iniciais.

Em 4 de julho de 2012, os físicos das duas colaborações experimentais do LHC, ATLAS e CMS, anunciaram que tinham confirmado a existência de uma partícula parecida com o previsto Higgs. Sua massa aproximada era de 125 gigaelectron volts, ou GeV, muito maior do que qualquer outra partícula fundamental e cerca de 100 vezes mais pesada do que um próton. Durante o último ano, os cientistas confirmaram que  partículas observada era mesmo o Higgs. Dados anteriores, obtidos pelo acelerador Tevatron do Laboratório Nacional Fermi, também confirmavam alguns indícios da existência desta partícula.

Porém, com a confirmação do Higgs, os enigmas do universo estão longe de estarem solucionados. Embora o Higgs possa ser a última peça principal do Modelo Padrão, os físicos entendem que o Modelo Padrão ainda está incompleto. Por exemplo, ele só descreve três das quatro forças fundamentais do universo e deixa de fora a gravidade.

“Em minha opinião, o principal e mais fundamental problema ainda não resolvido, apesar de alguns progressos, é o problema da gravidade quântica, a quantização da gravidade”, declarou Englert, em uma coletiva de imprensa, imediatamente após o anúncio do Prêmio Nobel de 2013.

Englert também lembrou as questões da supersimetria, matéria escura e energia escura, mistérios que ainda estão por resolver.

O Modelo Padrão somente descreve a matéria comum do universo, o que agora se supõe compreender apenas um quinto da matéria existente no universo. Ele não prevê a matéria escura invisível, nem a energia escura, que foram o objeto do Prêmio Nobel de Física em 2011.

Peter Higgs não foi entrevistado quando do anúncio do Nobel por estar em gozo de férias.

Então, os teóricos e experimentalistas continuam com um monte de questões para responder. As soluções para essas questões provavelmente serão objetos dos próximos Prêmios Nobel de Física.


Ben P. Stein, diretor do Inside Science, vem cobrindo a física como escritor de ciências e editor desde 1991.

As 10 melhores do ano (segundo a AAAS)

American Association for the Advancement of Science

A grande descoberta científica do Ano: O Bóson de Higgs

A longamente procurada partícula completa o Modelo Padrão da Física de Partículas

A observação de uma elusiva partícula subatômica, conhecida como o Bóson de Higgs, foi eleita pela publicação Science a mais importante descoberta científica de 2012. Essa partícula, cuja existência foi proposta há mais de 40 anos, guarda a chave para explicar como as outras partículas elementares (as que não são compostas por partículas menores), tais como os elétrons e os quarks, adquirem suas massas.

Além de reconhecer a detecção dessa partícula como a Descoberta Científica do Ano em 2012, a Science e seu editor internacional (sem fins lucrativos), a AAAS, identificaram nove outras realizações científicas de alta relevância no ano passado e as compilaram na lista das “10 mais” que será publicada na edição de 21 de dezembro.

Os pesquisadores revelaram indícios do Bóson de Higgs em 4 de julho, encaixando a última peça que faltava em um quebra-cabeças que os físicos chamam de Modelo Padrão da Física de Partículas. Esta teoria explica como as partículas interagem através das forças eletromagnética, nuclear fraca e nuclear forte, a fim de formar a matéria do universo. No entanto, até este ano, os pesquisadores não podiam explicar como as partículas envolvidas nessas interações adquiriam suas massas.

“A simples atribuição de massas às partículas fazia com que a teoria se tornasse matematicamente errática”, explica o correspondente  Adrian Cho da Science que escreveu sobre a descoberta para o artigo da Descoberta do Ano. “Dessa forma, as massas tinham que aparecer de alguma forma das interações das partículas originalmente sem massa. É aí que entra em cena o Higgs”.

Como explica Cho, os físicos presumem que o espaço é preenchido por um “Campo de Higgs”, similar a um campo elétrico¹. As partículas interagem com o Campo de Higgs para obter energia e — graças à famosa equivalência de massa e energia de Einstein — adquirem massa também. “Tal como um campo elétrico consiste de partículas chamadas fótons, o Campo de Higgs consiste de bósons de Higgs ocultos no vácuo”, explica ele. “Os físicos conseguiram agora estourá-los para fora do vácuo para uma breve existência”.

Porém essa vista do Bóson de Higgs não foi fácil de obter — nem custou barato. Milhares de pesquisadores trabalharam com um esmagador de átomos de 5,5 bilhões de dólares em um laboratório de física de partículas perto de Genebra, Suíça, chamado CERN, usando dois detectores de partículas gigantescos, chamados ATLAS e CMS, para detectar o bóson há muito procurado.

Ainda não está claro para onde esta descoberta conduzirá o campo da física de partículas no futuro, porém seu impacto na comunidade dos físicos neste ano é inegável, motivo pelo qual a Science declarou a detecção do bóson de Higgs a Descoberta do Ano em 2012. A edição especial do dia 21 de dezembro inclui três artigos escritos por pesquisadores do CERN, que ajudam a explicar como esse feito foi conseguido.

A lista de feitos científicos pioneiros de 2012 da Science é a seguinte:

O Genoma do Homídeo de Denisov:  Uma nova técnica que une moléculas especiais a cadeias singelas de DNA, permitiu aos pesquisadores sequenciar o genoma completo do Homídeo de Denisov a partir de apenas um fragmento de osso de um antigo dedo mínimo. O sequenciamento genômico permitiu aos pesquisadores comparar os Denisovanos — uma espécie arcaica de humanos muito semelhante aos Neandertals — com os humanos modernos. Também revelou que o osso de dedo pertenceu a uma menina de olhos castanhos, cabelos castanhos e pele escura que morreu na Sibéria entre 74.000 a 82.000 anos atrás.

Fabricação de Células Ovo a partir de Células Tronco: Pesquisadores japoneses demonstraram que células tronco embrionárias de camundongos podem ser levadas a se tornarem células ovo viáveis. Eles fecharam o caso quando as células, fertilizadas com esperma no laboratório, se desenvolveram em fetos de camundongos que nasceram de mães hospedeiras. O processo requer camundongos fêmeas para desenvolver os ovos em seus corpos por algum tempo, de forma que não foi atingido o principal objetivo dos cientistas: criar células ovo inteiramente no laboratório. Poré, fornece uma poderosa ferramenta para o estudo dos genes e outros fatores que influenciam a fertilidade e o desenvolvimento das células ovo.

Sistema de Pouso da “Curiosity”: Muito embora não fossem capazes de testar todo o sistema de pouso de seu rover sob condições marcianas, os engenheiros da missão do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, California, conseguiram colocar o Curiosity de maneira segura e precisa na superfície de Marte. O veículo de entrada com 3,3 toneladas do rover era pesado demais para um pouso tradicional, de forma que a equipe se inspirou em guindastes e helicópteros para criar um “guindaste aéreo” que levou pendurado o Curiosity, com as rodas desdobradas, na ponta de três cabos. O pouso sem problemas assegurou aos planejadores que a NASA pode algum dia pousar uma segunda missão próximo de um rover antigo para coletar as amostras que o rover tenha coletado e trazê-las de volta à Terra.

Laser de Raios-X Revela a Estrutura de uma Proteína: Pesquisadores empregaram um laser da raios-X, que brilha um bilhão de vezes mais forte do que uma fonte síncrotron tradicional, para descobrir a estrutura de uma enzima necessária para o parasita Trypanosoma brucei, a causa da doença do sono africana. O avanço demonstrou o potencial de lasers de raios-X para decifrar proteínas que as fontes tradicionais de raios-X não conseguem.

Engenharia de Precisão de Genomas: A revisão e deleção do DNA de organismos mais complexos sempre foi um processo de tentativa e erro. Porém, em 2012, uma nova ferramenta conhecida como TALENs, (acrônimo para “transcription activator-like effector nucleases”), deu aos pesquisadores a capacidade de alterar ou inativar genes específicos em peixes paulistinhas, sapos, gado e outros animais — até mesmo em células em pacientes com doenças. Esta tecnologia, junto com outras que estão emergindo, está se provando ser tão eficaz quanto (e mais barata do que) técnicas correntes que visam os genes e pode permitir aos pesquisadores controlar tarefas específicas para os genes e suas mutações, tanto em indivíduos saudáveis, quanto doentes.

Férmions de Majorana : A existência dos férmions de Majorana, partículas que (entre outras propriedades) agem como a própria antimatéria e se aniquilam entre si, tem sido debatida por mais de sete décadas. Este ano, uma equipe de físicos e químicos na Holanda conseguiu obter os primeiros indícios consistentes de que essa matéria exótica realmente existe, na forma de quase-partículas: grupos de elétrons que interagem entre si e se comportam como uma só partícula. A descoberta já fez com que sejam desenvolvidos esforços para incorporar os férmions de Majorana na computação quântica, já que os cientistas acham que os “qubits” feitos dessas partículas misteriosas podem ser mais eficientes para a armazenagem e processamento de dados do que os bits atualmente usados nos computadores digitais.

O Projeto ENCODE:  Um estudo que se estendeu por toda uma década, relatado este ano em mais de 30 artigos, revelou que o genoma humano é mais “funcional” do que os pesquisadores pensavam. Embora tão somente 2% do genoma sirva de código para proteínas reais, o projeto da Encyclopedia of DNA Elements (Enciclopédia de Elementos do DNA), ou ENCODE, indicou que cerca de 80% do genoma é ativo, ajudando a ligar ou desligar os genes, por exemplo. Estes novos detalhes devem auxiliar os pesquisadores a compreender as maneiras pelas quais os genes são controlados e esclarecer alguns dos riscos genéticos para doenças.

Interfaces Cérebro-Máquina: A mesma equipe que havia demonstrado antes como gravações (das atividades) neurais do cérebro poderiam ser usadas para movimentar um cursor em uma tela de computador, demonstrou em 2012 que pacientes humanos paralíticos podem movimentar um braço mecânico com suas mentes e realizar movimentos complexos em três dimensões. A tecnologia ainda é experimental — e extraordinariamente cara — porém os cientistas têm esperanças que algorítimos mais avançados possam melhorar essas próteses neurais para ajudar pacientes paralisados por derrames, lesões na espinha e outras condições mórbidas.

Ângulo de Mistura de Neutrinos: Centenas de pesquisadores que trabalham na Experiência com Neutrinos no Reator da Baía Daya, na China, relataram que o último parâmetro desconhecido de um modelo que descreve como as elusivas partículas, conhecidas como neutrinos, mudam de um “sabor” para outro, na medida em que se deslocam próximos da velocidade da luz. Os resultados mostram que neutrinos e anti-neutrinos possivelmente podem mudar de sabor de maneira diferente e sugerem que a física de neutrinos pode algum dia auxiliar os pesquisadores a explicar porque o universo tem tanta matéria e tão pouca antimatéria. Se os físicos não conseguirem identificar outras novas partículas além do bóson de Higgs, a física de neutrinos pode representar o futuro da física de partículas.

 

###

 

 Nota do tradutor:

1 – Pelamordedeus!… Isso é um texto referendado pela AAAS! Comparar o campo escalar de Higgs com um campo vetorial eletromagnético é meio forte!

Ondas gravitacionais produzidas por estrelas anãs brancas

Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Anãs brancas encurvam o espaço e produzem ondas gravitacionais

 IMAGEM: Esta é uma concepção artística do sistema J0651, com as ondulações realçadas para mostrar como o par de anãs brancas está emitindo ondas gravitacionais.

Clique aqui para mais informações. 

Ondas gravitacionais – de maneira bem parecida com o recém descoberto bóson de Higgs – são notoriamente difíceis de observar. Os cientistas conseguiram detectar pela primeira vez essas ondulações na textura do espaço-tempo de maneira indireta, por meio dos sinais de radio de um sistema binário composto por um pulsar e uma estrela de nêutrons. Essa descoberta – que precisou de uma sincronização extremamente precisa dos sinais de radio – rendeu um Prêmio Nobel à equipe que a realizou. Agora uma equipe de astrônomos detectou o mesmo efeito na faixa de luz visível, na luz de um par de anãs-brancas que se eclipsam alternadamente.

“Este resultado marca uma das detecções mais limpas e fortes do efeito de ondas gravitacionais”, declarou Warren Brown, membro da equipe do Observatório Astrofísico Smithsonian (Smithsonian Astrophysical Observatory = SAO).

A equipe descobriu o par de anãs brancas no ano passado (anãs brancas são os remanescentes dos núcleos de estrelas parecidas com nosso Sol). O sistema, chamado SDSS J065133.338+284423.37 (ou, abreviadamente, J0651), contém duas anãs brancas tão próximas entre si – apenas um terço da distância entre a Terra e a Lua – que completam uma órbita em menos de 13 minutos.

“A cada seis minutos as estrelas do J0651 se eclipsam entre si, tal como visto da Terra, o que as torna um cronômetro sem paralelo e preciso, a uns 3.000 anos-luz de distância”, diz o autor principal do estudo,  J.J. Hermes, um estudante de pós-graduação que trabalha com o Professor Don Winget na Universidade do Texas em Austin.

A Teoria da Relatividade Geral de Einstein prediz que objetos em movimento criam ondulações sutis na tessitura do espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais. Essas ondas gravitacionais devem ser capazes de transportar energia, fazendo com que as estrelas muito lentamente se aproximem mais ainda e orbitem cada vez mais rápido. A equipe foi capaz de detectar esse efeito no J0651.

“Em comparação com abril de 2011, quando descobrimos este objeto, os eclipses estão agora ocorrendo seis segundos antes do esperado”, declarou o membro da equipe Mukremin Kilic da Universidade de Oklahoma.

“Este é um efeito da relatividade geral que se pode medir com um relógio de pulso”, acrescentou Warren Brown do SAO.

O sistema J0651 vai prover a oportunidade de comparar futuras detecções diretas, com base no espaço, de ondas gravitacionais, com aquelas inferidas a partir do decaimento orbital, o que vai proporcionar importantes benchmarks para nossa compreensão do funcionamento da gravidade.

A equipe espera que o período encurte ainda mais e mais a cada ano, com os eclipses acontecendo mais de 20 segundos antes do (de outra forma) esperado no entorno de maio de 2013. As estrelas vão eventualmente se fundir, em cerca de dois milhões de anos. Observações futuras continuarão a medir o decaimento orbital desse sistema e vão tentar entender como as forças de marés afetam a fusão dessas estrelas.

 

###

Nova partícula observada no LHC


Traduzido de: When Protons Collide: New Particle Observed at Large Hadron Collider

A busca pelo Bóson de Higgs revela uma nova partícula

Illustration of two gamma rays, yellow lines, and red towers measured in eletromagnetic calorimeter.Um evento candidato típico da Experiência CMS (Compact Muon Solenoid) na busca pelo Bóson de Higgs.
Crédito e imagem ampliada

4 de julho de 2012

Os físicos do LHC (Large Hadron Collider) observaram uma nova partícula e futuras análises podem demonstrar que se trata do longamente procurado Bóson de Higgs, a peça que faltava no Modelo Padrão da física de partículas.

Em dezembro último,  os experimentos CMS e ATLAS já haviam anunciado fortíssimos indícios da descoberta de uma nova partícula em sua busca pelo Higgs. Desde então, a quantidade de dados coletados mais do que dobrou, o que levou ao anúncio de hoje (4 de julho). No esforço internacional estão envolvidos mais de 1.700 cientistas, engenheiros, técnicos e estudantes de pós-graduação, somente nas instituições dos EUA, que ajudaram a projetar, construir e operar o acelerador LHC e seus quatro detectores de partículas.

Os cientistas nas experiências no LHC anunciaram seus mais recentes resultados em um seminário na sede do LHC, o laboratório do CERN, na fronteira de França e Suíça. Físico por todos os Estados Unidos se reuniram em seus laboratórios durante a noite para assistir um streaming ao vivo do seminário. Os cientistas ainda fariam uma apresentação mais detalhada na Conferência Internacional de Física de Altas Energias (bi-anual) que este ano se realiza em Melbourne, Australia.

“O que foi anunciado hoje não poderia ter sido conseguido sem a cooperação dos cientistas e das nações por todo o mundo na busca da compreensão das leis fundamentais da natureza”, declarou Ed Seidel, diretor-assistente para as Ciências Físicas e Matemáticas da NSF. “Se a partícula anunciada hoje no CERN for confirmada como sendo o Bóson de Higgs, isto representará uma pedra fundamental em nosso conhecimento das forças elementares e suas partículas que existem em nosso universo”.

Ao longo de mais de quatro décadas de testes experimentais, os pesquisadores descobriram que o Modelo Padrão da física de partículas tinha previsto corretamente e explicado as forças e partículas elementares da natureza. Mas o Modelo Padrão não pode explicar, sem o Bóson de Higgs, como a maioria dessas partículas adquire massa, um ingrediente chave na formação de nosso universo.

Em 1964 os cientistas propuseram a existência de uma nova partícula, agora conhecida como o Bóson de Higgs, cujo acoplamento com outras partículas determinaria suas massas. Diversos experimentos procuraram pelo Bóson de Higgs, mas ele sempre escapou da detecção. Somente agora, após décadas de desenvolvimento nas tecnologias de aceleradores, detectores e computação – isso sem mencionar os avanços na compreensão do restante do Modelo Padrão – os cientistas estão próximos do momento de saber se o Higgs é a solução correta para o problema.

“Até agora a teoria vem nos guiando”, declarou o físico da Universidade da California em Santa Barbara, Joe Incandela, porta-voz da experiência CMS. “Se começarmos a ver algo em nossa experiência, teremos um novo guia. É a natureza. É a coisa real”.

Quando os prótons colidem no Large Hadron Collider, sua energia pode se converter em massa, criando frequentemente partículas de vida breve. Essas partículas decaem rapidamente em partículas mais leves e mais estáveis que os cientistas podem registrar em seus detectores.

Os físicos teóricos previram a taxa de produção do Bóson de Higgs em colisões próton-próton em altas energias no LHC, assim como eles decairiam em certas combinações de partículas observáveis. Os físicos experimentais na ATLAS e CMS estudaram essas colisões e obtiveram indícios da existência de uma nova partícula que decai de modo consistente com as previsões feitas para o Higgs. Eles terão que coletar mais dados e realizar mais análises para estabelecer as propriedades dessa nova partícula.

“Se o Bóson de Higgs for descoberto, a atenção se voltará para uma nova série de questões importantes”, diz o físico da Universidade da California em Irvine, Andy Lankford, porta-voz auxiliar da ATLAS. “Esta nova partícula é o Higgs do Modelo Padrão, ou é uma variante que indica uma nova física e outras novas partículas?”

A descoberta do Higgs – ou uma outra nova partícula – representaria apenas um novo primeiro passo para um novo reino da compreensão do mundo que nos cerca.

-NSF-

Físicos detectam uma nova partícula pesada

Photobucket

Um evento de colisão próton-próton na experiência CMS, produzindo dois fótons de alta energia (os traços grossos em vermelho). Isso é o que se pode esperar do decaimento de um Bóson de Higgs, mas também é consistente com outros processos físicos mais comuns.
Crédito da Imagem: CERN. © CERN 2012

A assinatura se parece com o longamente procurado Bóson de Higgs.

4 de julho de 2012
Por: Virat Markandeya, Contribuidor do ISNS

(ISNS) — Cientistas de duas experiências no Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider = LHC) na Eurpoa confirmaram a existência de uma nova partícula pesada, muito provavelmente a longamente procurado Bóson de Higgs, graças aos dados de colisões de partículas que resultaram em uma certeza a nível de descoberta, após análise. Os resultados, anunciados em uma importante conferência sobre física de partículas em Melbourne, Australia, marcam o ápice de uma busca por uma partícula pesada que, se acredita, é quem dá a massa a outras partículas elementares tais como elétrons e quarks.

O anúncio representa a mais recente proeza do acelerador de partículas de 9 bilhões de dólares na fronteira franco-suíça, que esmaga partículas subatômicas – mais exatamente prótons – em energias extremamente altas para recriar as condições que se pensa ter existido nas frações de segundo que se seguiram ao Big Bang.

“Para mim, a coisa mais incrível é que tenha acontecido durante minha vida”, declarou Peter Higgs, o teórico britânico de quem a partícula tem o nome e que estava presente na conferência e por vezes parecia sufocado pela emoção. As ideias estavam no ar quando Higgs escreveu um breve artigo de duas páginas em 1964 que fez com que a partícula fosse apelidada de “Bóson de Higgs”. O Higgs era a última partícula ainda não descoberta prevista pelo Modelo Padrão, a teoria básica das partículas e forças da natureza, e que guarda a promessa da revelação de novos fenômenos físicos.

Foi a realização para uma geração de cientistas. “Lágrimas me vieram aos olhos quando o número 5-Sigma apareceu”, diz Howard Gordon do Laboratório Nacional de Brookhaven, que é o Gerente Assistente de Programa da experiência ATLAS para os EUA no LHC. O contingente americano da ATLAS, baseado em Brookhaven e constituído por mais de 700 pessoas de 44 instituições, auxiliou a construir vários de seus detectores e maneja cerca de 20% do esforço mundial de computação envolvido na simulação e análise dos dados do ATLAS.

As duas experiências, CMS e ATLAS, analisaram dados de decaimento de partículas de aproximadamente 500 trilhões de colisões.  Joe Incandela, porta-voz da experiência CMS, explica que, se você imaginar cada colisão como um grão de areia, você teria areia bastante para encher uma piscina olímpica. No entanto, as colisões relacionadas com o Higgs são tão raras que os grãos de areia só cobririam a ponta de um dedo.

Na conferência ICHEP2012 nesta manhã, ambos os grupos relataram “bumps” em seus dados de colisões que indicam a presença de uma partícula com uma massa no entorno de 125-126 bilhões de elétrons-volt (abreviadamente, GeV). Isso é uma massa mais de cem vezes maior do que a do próton, o núcleo de um átomo de hidrogênio que tem apenas cerca de 1 GeV.

Cada uma das experiências do LHC confirmou esses resultados até cerca de 5-sigmas de certeza, o que indica que há uma probabilidade menor do que uma em um milhão de que esses dados sejam meras coincidências, resultantes de algo diferente da presença de uma nova partícula.

“Temos uma nova partícula consistente com um Bóson de Higgs”, declarou Rolf-Dieter Heuer, Diretor-Geral do CERN.

A nova partícula foi detectada a partir dos chuveiros de partículas nas quais ela decai. O Modelo Padrão prediz que o Higgs pode decair em pares de cerca de meia dúzia de tipos de partículas, porém outros tipos mais comuns de matéria podem também apresentar decaimentos semelhantes. Assim, os físicos experimentais têm que rastrear os eventos em cada uma das maneiras nas quais o Higgs pode decair e procurar por excessos inesperados nesses eventos. Mal comparando, é como lançar um dado milhares de vezes para saber se ele está viciado.

A experiência CMS estudou cinco canais de decaimento dos quais dois, onde o decaimento é em um par de fótons ou de partículas conhecidas como Bósons Z, são os mais importantes, porque permitem uma medição precisa da massa do Higgs. A significância combinada do sinal em todos os cinco foi de 4,9 sigma.

A experiência ATLAS estudou dois canais principais onde a partícula tipo-Higgs decai em dois fótons ou quatro léptons, uma categoria de partículas como elétrons e múons. Ela encontrou uma assinatura no entorno de 125 GeV com uma significância de 5 sigma, combinando os dados dos dois tipos de evento.

“É muita gentileza do Bóson de Higgs do Modelo Padrão ter uma massa nesse nível”, declarou a porta-voz do ATLAS Fabiola  Gianotti, porque o LHC é bem adequado para o estudo de partículas nessa faixa de massa. “Então, obrigado, natureza”, acrescentou ela.

Esses resultados se seguem a dados anteriores do LHC e do anúncio feito na segunda-feira pelo Fermilab em Illinois dos indícios, extraídos do menos potente e agora aposentado acelerador Tevatron, para a mesma partícula em um nível de 3 sigma.

O mecanismo de Higgs responde a pergunta fundamental: por que a maior parte das partículas elementares têm massa? Sem o Higgs, tudo, de estrelas a átomos, não existiria. Ele era a peça que faltava no Modelo Padrão. Partículas elementares, tais como elétrons e quarks, interagem com o Campo de Higgs e essa interação cria suas massas.

Os resultados de hoje representam “uma conquista maravilhosa, a pedra angular de 400 anos de esforços para explicar o que observamos no universo”, declarou Gordon Kane, um físico teórico da Universidade de Michigan que não trabalhou nos experimentos. Segundo ele, os dados sugerem uma partícula que é notavelmente semelhante ao Bóson de Higgs previsto pelo Modelo Padrão. O tempo dira – ainda segundo ele – se as pequenas discrepâncias que ainda existem entre os dados e as previsões do Modelo Padrão são erros experimentais ou se elas apontam para uma nova física além do Modelo Padrão. Caso confirmadas, até as pequenas discrepâncias do Modelo Padrão podem abrir o caminho para uma nova física e podem ser consistentes com as predições de extensões maiores do Modelo Padrão, tais como a Teoria das Cordas.

Esta última fatia representa apenas um terço dos dados que se espera obter do ATLAS em 2012. Os atuais resultados devem ser publicados no fim de julho. “Ainda há mais por vir…Por favor, especialmente os teóricos, sejam pacientes. Ainda há um longo caminho a percorrer”, admoestou de brincadeira o porta-voz do ATLAS Gianotti.

Os resultados vieram com as últimas séries de experimentos que terminaram cerca de duas semanas atrás. Os anúncios foram recebidos com ovações de pé e um número surpreendentemente pequeno de perguntas ao fim das apresentações científicas.

Um número maior de perguntas veio dos repórteres leigos em uma conferência de imprensa após o seminário. Um repórter perguntou se os resultados teriam qualquer relevância para ele, já que ele era feito de partículas elementares.

“Eu acho que é muito relevante para você”, disse Heuer, o Diretor-Geral do CERN, “porque se isso [o Campo de Higgs] não existisse, você não existiria”.


Virat Markandeya é um escritor contribuinte do Inside Science News Service.

Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM