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Palavras na boca de Michio Kaku: ele realmente provou a existência de Deus?

Há um tempão atrás, (uns três anos) eu vi uma matéria em um site gospel que dizia que o Michio Kaku tinha criado uma teoria que provava a existência de Deus. Como na época eram apenas casos isolados, eu não me importei muito com o assunto. Porém agora essa notícia ganhou força novamente e apenas dois sites (Universo Racionalista e E-Farsas) se manifestaram, então vou aproveitar meu sábado de folga não apenas para dizer que o Michio Kaku provavelmente não disse isso, mas também para dizer que uma afirmação dessas não faria sentido. Antes quero destacar que:

1 – Eu NÃO vou dizer que Deus não existe.
2 – Eu NÃO estou falando mal do Michio Kaku.

foto clichê do Kaku
Primeiro vamos começar pela notícia, ela foi postada em vários blogs, nenhum deles cita fonte, quando cita alguma fonte é de um outro blog que tem menos credibilidade do que o meu. O texto mais antigo que achei remete a 2009, e diz o seguinte:

(1) O físico teórico Michio Kaku, diz ter criado uma teoria que pode apontar a existência de Deus. Comentário criou alvoroço no meio científico, pois Michio Kaku é considerado um dos cientistas mais importantes da atualidade, criador da Teoria das Cordas, é extremamente respeitado.

(2) Para chegar às suas conclusões, o físico fez uso de um "semi-raio primitivo de táquions" (Táquions são partículas teóricas, capazes de "desgrudar" do Universo a matéria ou vácuo que entrar em contato com ela, assim, deixando qualquer coisa livre das influências do universo à sua volta), tecnologia criada recentemente em 2005. Embora a tecnologia para chegar às verdadeiras partículas de táquions ainda esteja muito longe de ser alcançada, o semi-raio tem algumas poucas propriedades dessas partículas teóricas, que são capazes de criar o efeito dos verdadeiros táquions, em escala subatômica.

(3) Para Michio a existência de "Deus" se deve ao fato de nós vivermos em uma "Matrix": - Cheguei à conclusão que estamos em um mundo feito por regras criadas por uma inteligência, não muito diferente do seu jogo preferido de computador, claro, impensavelmente mais complexa. Analisando o comportamento da matéria em escala subatômica, a parte afetada pelo semi-raio primitivo de táquions, um minúsculo ponto do espaço, pela primeira vez na história, totalmente livre de qualquer influência do universo, matéria, força ou lei, percebi de maneira inédita o caos absoluto. Acredite, tudo que nós chamávamos de casualidade até hoje, não fará mais sentido. Para mim está claro que estamos em um plano regido por regras criadas, e não moldadas pelo acaso universal. - Comentou o cientista.

(4) A teoria completa deverá ser apresentada em 9 de janeiro de 2010, em um congresso na Suíça.

ScientificAmerican

Vamos parágrafo por parágrafo.

1 – O Michio Kaku nunca apresentou à comunidade científica nenhuma teoria relacionada a Deus, isso porque nós sabemos que Deus (independente da existência dele ou não) é algo abstrato, alheio a nossa ciência. Deus não pode ser testado, não pode ser mensurado, então não há como estudarmos cientificamente a existência de Deus. Mas como eu já falei anteriormente, a ciência não se divulga no boca a boca, e sim em artigos científicos que passam por uma séria revisão por pares, depois outros cientistas buscam a confirmação ou refutação do estudo apresentado. Esses artigos, que são a parte fundamental de uma pesquisa científica, ficam disponíveis em uma plataforma restrita chamada Web of Knowledge, por exemplo. Eu fui lá procurar alguma publicação dele referente a esse assunto e adivinhem... não encontrei NADA! Porém tem algumas publicações recentes de algum Kaku M. que é na área de plasma e fotônica, duvido muito que seja o mesmo. Abaixo você pode ver um pdf com todos os artigos referidos à pesquisadores com sobrenome Kaku, de 1988 até agora:




Um segundo ponto dentro desse primeiro paragrafo é que hoje em dia Kaku não é um cientista importante, mas talvez um divulgador de destaque. Faz bastante tempo que ele não publica nada relevante e ele não foi criador da Teoria de Cordas. Na década de 70 e 80 ele produziu pesquisas muito boas na área de Teoria de Campo de Corda, que hoje está jogada as traças, mas isso não faz dele nenhuma autoridade incontestável em assunto nenhum!

2 – Aqui a coisa fica complicada, o texto tenta usar um suposto jargão técnico e um, mais suposto ainda, embasamento teórico para corroborar com as afirmações que o Kaku teria feito. O problema é que “semi-raio primitivo de táquions” não existe, na verdade é algo que nem faz sentido. Até mesmo a definição de táquion é sem sentido. Tentei procurar por essa afirmação do Michio Kaku, mas não encontrei nada, a única coisa que achei foi uma versão em inglês (porém postada em um site um português) da notícia, o suposto título em inglês seria “Noted scientist Michio Kaku says that God exists” e teria sido postada na Gospel Prime, mas não achei absolutamente nada sobre isso.

video em que Michio Kaku expõe sua visão pessoal de Deus.

3 – Fui procurar sobre as afirmações do Kaku relacionadas a vivermos em uma Matrix, o que eu achei foi essa entrevista na Scientific American, em que ele fala sobre uma série de assuntos especulativos. Apesar de não falar nada sobre Deus, Kaku já expressou outras vezes sua opinião pessoal do assunto, na qual ele diz ter uma visão de que Deus está relacionado à matemática que rege o universo. Aqui eles voltam a falar de um experimento, que da forma que foi descrita nunca foi feita. O que eu pessoalmente acho que aconteceu é uma enorme confusão de idéias, que pode ter sido proposital ou não, pois parte dessas afirmações caem nesse assunto aqui: Estamos vivendo dentro um computador? Porém isso não tem relação com a existência ou não de Deus e mais, a entrevista é de 2003, como ele poderia ter falado de algum experimento realizado em 2005?


4 – Nenhuma teoria completa (nem parcial) foi apresentada até hoje (Dezembro de 2013) sobre nada relacionado a isso e em uma procura na Scientific American não se encontra absolutamente nada sobre o assunto.

A conclusão óbvia é que a notícia é falsa, muito provavelmente o Kaku nunca deve ter falado nada disso e as justificativas dadas para a sua afirmação não fazem sentido fisicamente. Minha visão é que tudo não passa de confusão e um pouco de falta de caráter. Alguém que não entendeu nada do que leu deixou ser levado por suas crenças ao tentar interpretar as palavras do Michio Kaku, então resolveu escrever um texto alarmista sobre o assunto e viralizou.

Nós físicos, de forma geral, não temos nenhum interesse em provar a existência ou não de Deus, a crença em um ser superior é algo subjetivo demais para que possamos sistematizar como fazemos em nossas pesquisas. Mesmo assim existem pessoas que fazem mal uso da ciência para tentar provar suas crenças pessoais, distorcendo o conhecimento científico para embasar ou refutar a existência de um Deus. Nos departamentos de ciência de todo mundo temos pesquisadores das mais diversas religiões, além de ateus e agnóstico sendo que a grande maioria deles faz seus trabalhos de forma séria, sabendo os limites de investigação da ciência.

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Galera, essa semana será a última semana de correria para mim, depois dela vou começar uma série de posts sobre mecânica  quântica e no ano que vem pretendo começar um sobre relatividade. Até mais!
sábado, 7 de dezembro de 2013
Posted by Unknown

Por que a Pesquisa em Ciência de Base é Importante?


Este texto corre sério risco de ser inócuo perante aqueles de mente impenetrável à reflexões. Porém àqueles que sempre buscam o auto questionamento e o refino de ideias pode servir como um norte, então acredito que valha a pena tratar sobre esse assunto.
Em 1860, em uma de suas apresentações na Royal Society, Michael Faraday foi interpelado pela Rainha da Inglaterra, que ao final de sua apresentação lhe perguntou: “Tudo isto é muito interessante, Senhor Faraday, mas para que serve?”. Consta que Faraday teria respondido: “Majestade, para que serve um recém-nascido?”. fonte
A nossa sociedade é muito acostumada a dar valor às coisas por sua funcionalidade, portanto é uma tarefa fácil atribuir valor à tecnologia. Também é fácil ver a importância da ciência que desenvolve essa tecnologia, mas é complicado visualizar a relevância da ciência de base¹, a qual atua de modo implícito. Qual a importância da descoberta do bóson de Higgs? Qual a relevância em saber que existem planetas extrassolares ? Qual o sentido de estudarmos os neutrinos ? Por que enviar uma sonda para Marte?

Muito provavelmente você conhece alguém que responderá as perguntas acima de forma categórica (e estúpida): “Isso não possui nenhuma Importância”. Essa mentalidade é fruto da nossa total alienação e ignorância referente à ciência. Pensando nisso, estou escrevendo esse texto para tentar justificar a importância da ciência de base e do investimento submetido a ela.


A ciência que aparentemente não se aplica²:

Temas de pesquisas científicas como astronomia, astrofísica, cosmologia, alguns ramos da teoria quântica de campos e física de partículas, são vistos por muitos como "pesquisa inútil" por não ter aplicação aparente. Mas não ter aplicação aparente não significa ser inútil, significa que as mudanças causadas por esses estudos são mais subjetivas e, algumas vezes, mais profundas do que qualquer aplicação tecnológica imediata.

Para entender isso temos que olhar para o passado. Há mais ou menos mil anos atrás, víamos uma concepção de universo completamente diferente da atual: a Terra estava no centro do universo, a divisibilidade da matéria chegava até o átomo, o tempo era algo fixo e difícil de se entender, o universo era estático e “pequeno”. A partir do momento que novos conhecimentos foram construídos, derrubamos nossas antigas visões sobre o universo e sobre qual era nosso lugar nele, colocamos nossas concepções, supostamente sólidas e lógicas, em cheque, desestabilizamos séculos de conhecimento humano sobre a natureza e nós mesmos.

Atualmente sabemos que não somos o centro do universo, que a matéria é composta por partículas ainda menores que o átomo, que existem bilhões e bilhões de estrelas no universo e que muitas delas são semelhantes ao nosso Sol, sabemos também que o nosso universo pode ter um início, que o tempo é relativo, que a antimatéria existe, que somos pequenas criaturas vivendo em um pequeno planeta orbitando uma pequena estrela na periferia de uma galáxia qualquer, que grande parte do material que compõe nossos corpos foram sintetizados no interior de estrelas que morreram há muito tempo. Ou seja, passamos por uma gigantesca revolução intelectual nos últimos mil anos, isso não foi útil? não trouxe aplicações tecnológicas a longo prazo?

Dois exemplos contundentes de como a ciência de base afeta profundamente nossa vida é a revolução copernicana, que tirou a Terra do centro do universo, e a teoria da relatividade que tirou o caráter absoluto do tempo. De forma geral ambas tiveram impactos sociais e culturais profundos, a ponto de nossa filosofia ocidental ser impensável sem essas ideias. Com a teoria quântica foi a mesma coisa, seu desenvolvimento trouxe uma série de visões novas a cerca do universo e até a nossa filosofia teve, de certa forma, que se reestruturar em alguns segmentos.

Então a importância da ciência de base se dá na estrutura de nosso conhecimento e de nossa relação com o universo. Esse conhecimento novo não é uma transformação local na ciência, mas sim um fenômeno global que se arrasta para diversas áreas do conhecimento. Eugene Wigner, em seu artigo “The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences”, começa a seguinte estória:

Há uma história sobre dois amigos, que eram colegas na escola, falando sobre seus trabalhos. Um deles tornou-se um estatístico e estava trabalhando em crescimentos populacionais. Ele mostrou um de seus trabalhos a seu ex-colega de classe. Seu trabalho começou como sempre, com a distribuição de Gauss, e o estatístico explicou o significado dos símbolos para a população real, para a média da população, e assim por diante. Seu colega estava um pouco incrédulo e não tinha certeza se o estatístico estava de fato falando sério ou se estava brincando. Então ele pergunta: "Como você pode saber disso tudo? … E o que é esse símbolo aqui?" "Oh", disse o estatístico ", isto é pi". "O que é pi?", o estatístico responde: "pi é a proporção da circunferência do círculo com o seu diâmetro, tal qual vimos na escola", então o colega retruca: "Bem, agora você está indo muito longe com sua piada... certamente a população não tem nada a ver com a circunferência do círculo."

essa foi a primeira vez que o ser humano viu um por do sol no solo de outro
planeta - Foto tirada pela sonda Spirit.

Essa estória é realmente interessante, pois de fato estamos usando pi, um número que nasceu do estudo de formas geométricas, para descrever crescimentos populacionais, que aparentemente nada tem a ver com isso. Da mesma forma acontece na ciência de base, todo conhecimento transcende as necessidades de seus estudos e se aplicam, mais cedo ou mais tarde, nas mais diversas áreas. Há 120 anos começavam a se desenvolver a relatividade e a mecânica quântica e, muito provavelmente, seu estudo parecia inútil para diversas pessoas da época, já que muitos acreditavam que esses dois ramos eram apenas dois detalhes a serem consertados na física (supostamente) quase completa da época. Hoje existem aplicações de ambas (em conjunto ou separadas) nas mais diversas áreas da física, da química e da tecnologia, desde a fabricação de computadores, lentes, telefones, diagnósticos médicos, até em outros segmentos de pesquisas como a cosmologia, astrofísica, etc.

Podemos ainda extrapolar essa estória e compará-la com pesquisas como a Curiosity que estuda a possível existência de vida em Marte. A importância de se encontrar vida fora da Terra, a meu ver, se assemelha bastante a tirar a Terra como centro do universo, pois irá tirar desse planeta a visão privilegiada de ser o único com vida. Mas muito além disso, também abre inúmeras possibilidades de se compreender como a vida funciona e se desenvolve em diversas situações, o que pode nos ajudar a entender como a vida se formou aqui. Entender como o clima e a geologia de Marte funcionam também pode revelar coisas surpreendentes sobre o funcionamento e o futuro da Terra. Podemos ver Marte e outros planetas como grande laboratórios a serem explorados, assim como estrelas distantes, buracos negros, quasares e toda a grande quantidade de corpos que temos espaço sideral a fora.

A ciência que aparentemente se aplica:

Dos temas citados acima, talvez o mais fácil de se ver a aplicabilidade seja a quântica, embora todos os nossos conhecimentos possam atuar direta ou indiretamente na produção de tecnologia. Há 100 anos a teoria da relatividade era um conceito novo, aparentemente sem aplicação imediata, mas hoje a usamos em diversos aparelhos, sendo o mais comum o GPS, por exemplo. Os estudos da relatividade e da mecânica quântica nos possibilitaram entender, produzir e aplicar vários fenômenos relacionados a física de partículas e a matéria condensada, tais quais se fazem extremamente presentes hoje em diversos setores da tecnologia, incluindo a medicina.

Imagem de um tumor realizada com um PETscan,
tecnologia que foi possível graças a estudos com antimatéria
Quando um novo conhecimento é obtido na ciência de base é quase impossível prever suas aplicabilidades futuras, como foi quando Dirac previu a existência de antipartículas. Na época você certamente poderia taxar essa pesquisa de inútil, mas hoje uma pessoa com câncer pode ser diagnosticada precocemente por causa de ferramentas de diagnostico como o PETscan que usam antimatéria. Mas não para por aí, o próprio Dirac só conseguiu fazer essa previsão após unir com sucesso a mecânica quântica e a relatividade restrita, tal fato foi considerado um dos feitos mais importantes do século passado... e não teve aplicação imediata.

O mesmo pode acontecer com pesquisas como ondas gravitacionais e o bóson de Higgs, sabemos se elas tem aplicação no momento? Não, não sabemos, mas não podemos prever se no futuro haverão aplicações grandiosas para elas. Porém de imediato elas são de extrema importância para a física, a primeira é uma enorme constatação de uma previsão feita pela Relatividade Geral que abre uma enorme janela para o desenvolvimento de uma nova técnica de medição baseada em ondas gravitacionais, o irá ajudar muito nossa astronomia, astrofísica e cosmologia, já a segunda é a confirmação de que uma teoria que já usamos há quase 60 anos está realmente correta. Elas são, portanto, em primeira mão o atestado que mostra que estamos acertando em nossas previsões acerca do universo no qual vivemos.

Por sua vez, pesquisas e experimentos como a sonda Curiosity e o LHC, desenvolvem uma série de novas tecnologias para que possam ser realizados. Viagens espaciais tripuladas e sondas por exemplo, criam e implementam tecnologias que são usadas em televisores, câmeras fotográficas, roupas, calçados, aparelhos ortodônticos e vários outros. Da mesma forma, pesquisas para a construção de grandes aceleradores geram uma enorme quantidade de novas tecnologias, como a web, que foi desenvolvida pelo Cern.

Essa foto foi a primeira imagem de uma banda postada, pelo próprio CERN,
no modelo de internet que usamos hoje, a WEB. Les Horribles Cernettes
é um grupo musical de paródias formado por funcionárias do CERN.

A ciência aplicada e a ciência base são como duas pernas, se uma delas não funciona direto nós não progredimos direito. Progressos teóricos sempre revelam progressos de aplicação que por sua vez geram mais progressos teóricos, de tal forma que não podemos pensar na ciência moderna sem uma dessas partes. É um erro crasso tentar atribuir mais valor a uma ciência do que a outra, pois elas se completam de modo a formar nosso conhecimento científico atual.

A tecnologia é fruto da aliança entre ciência e técnica, a qual produziu a razão instrumental, como no dizer da Teoria Crítica da Escola de Frankfurt. Esta aliança proporcionou o agir-racional-com-respeito-a-fins, conforme assinala Habermas, a serviço do poder político e econômico da sociedade baseada no modo de produção capitalista (séc. XVIII) que tem como mola propulsora o lucro, advindo da produção e da expropriação da natureza. Então se antes a razão tinha caráter contemplativo, com o advento da modernidade, ela passou a ser instrumental. É nesse contexto que deve ser pensada a tecnologia moderna; ela não pode ser analisada fora do modo de produção[...] (MIRANDA, 2002).

Acredito que, de alguma forma essas linhas acima possam contribuir não para a aceitação, mas sim para a vontade de se debater sobre o assunto. Até a próxima.


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1 – Ciência de Base/Pura/Fundamental é aquela que tem por pretensão o estudo das propriedades fundamentais da natureza sem visar diretamente uma aplicação.



2 – Essa conotação “ciência que aparentemente não se aplica” é uma divisão arbitrária minha, ela não existe de fato.

Partículas Elementares, Matéria Escura Desaparecida e Grávitons Canhotos.

Essa semana aconteceram coisas interessantes que eu gostaria muito de comentar, como um livro que eu ganhei, notícia bizarra que eu achei e um experimento com matéria escura. Ah e hoje, graças a habilidade de um amigo, conseguimos habilitar o $\LaTeX$ aqui no blog - Valeu Frank Zequim!!


1 – O Discreto Charme das Partículas Elementares.

Essa semana a professora Maria Cristina Abdalla, do IFT, me enviou de presente seu livro “O Discreto Charme das Partículas Elementares”, por esse motivo me senti no dever de falar um pouquinho sobre ele.

A autora é uma pesquisadora brasileira que atua na área de partículas e campos, embora esteja se aposentando, ainda trabalha na orientação de alunos de pós-graduação e faz um trabalho muito interessante voltado a ensinar física moderna a professores do Ensino Médio.
capa do livro

Uma visão rápida e geral do livro:

1 – Introdução

O capítulo de abertura do livro faz, em poucas páginas, uma abordagem histórica da evolução da idéia de átomo até os dias de hoje. O que eu achei bem legal foi que no meu TCC (na época da graduação) eu fiz uma introdução histórica bem parecida, então eu sei bem a dificuldade em se condensar milhares de anos de história em poucas páginas... até porque historiador da física, assim como todo físico, é chato pra cacete, qualquer deslize e já tem alguém para pedir sua cabeça.

2 – A Família das Partículas Elementares

Esse capítulo chamou minha atenção, devido a forma que a autora abordou sobre o tema. Basicamente foi traçada uma linha histórica da descoberta das partículas. Um ponto interessante é que eu estou acostumado à livros que separam a história da fenomenologia, aqui houve o cuidado de se agregar ambos os pontos. Então junto da parte histórica é também trabalhado as características e fenômenos relacionados às partículas, tudo isso de forma precisa, sem exemplos desconexos que mais atrapalham do que ajudam. Gostei também do cuidado em tratar o spin, de se falar em números quânticos e da ótima explicação de como enxergamos essas partículas em alguns experimentos. Acho que um dos pontos-chave desse capítulo é o exercício pedagógico de completar o modelo padrão, que autora realiza ao longo do texto.


3 – Janelas para o Invisível

Capítulo voltado a explicar um pouco da história e funcionamento dos acelerados bem como sua importância para a física de partículas. Gostei bastante das ilustrações desse capítulo, além da boa dissecada no LHC.

4 – A Linguagem Matemática da Natureza

Aqui o livro se mostra realmente impar. Houve o cuidado com nuances que sempre passam desapercebidas em livros de divulgação científica, como a relação entre o que é uma interação e o que é uma força. Além de que a autora teve muita segurança ao encarar o desafio de falar de grupo de simetria, diagramas de Feynman, etc. Ao final ainda se tem uma rápida abordagem sobre a unificação dessas interações.

5 – O Discreto Charme do Universo

Esse capítulo se retem a explicar a evolução do universo, matéria e energia escura. O que eu mais gostei aqui é que é um capítulo muito completo e cuidadoso, em que não são abordados apenas as evidências que corroboram para teoria do big bang, mas também seus problemas.

Um quark estranho
De forma geral os textos possuem um cuidado impar na precisão das palavras, dos conceitos e da estruturação do conteúdo, você consegue ver que não foi um trabalho feito as pressas, mas sim algo que demandou grande cuidado da autora. A arte do livro é ótima, e eu achei genial retratar as partículas como monstrinhos, pois assim se tira o foco da visão clássica de partículas como sendo pequenas esferas. Aliás, as ilustrações são do Sérgio Kon e não sei se foi a pedido da autora, mas elas se encaixam muito bem no título do livro, pois os monstrinhos têm de fato um charme discreto. A quantidade de ilustrações também ajuda bastante alguns leitores mais preguiçosos a não desanimarem do livro, embora por si só o o decorrer do texto já seja algo cativante.

Esse livro dá uma sólida base sobre física de partículas bem além do que um leigo necessita para apreciar a ciência, uma vez que é extremamente profundo, preciso e abrangente. É um material indispensável para interessados que detestam divulgação científica superficial, além de ser excelente para professores do Ensino Médio (ou mesmo Ensino Superior) que estão com dificuldades em encontrar uma abordagem didática para esses temas da física moderna. Alunos de iniciação científica em partículas têm o dever de usar esse livro, pois nunca achei uma abordagem realmente didática nos livros usuais de física de partículas e campos, o que prejudica um pouco o entendimento do aluno quanto ao seu próprio projeto e ainda sobrecarrega os orientadores mais dedicados.

Caso você tenha interesse no livro, clique aqui para ver a cotação de preços.

2 – Gravidade quântica explica porque pessoas são canhotas.

Tá, eu sei, é absurdo o título do tópico, mas acontece que eu achei essa pérola no site Jornal Ciência (que de primeira confundi com o Jornal da Ciência). Esse site pertence ao R7 e fez a proeza de publicar o seguinte texto: Você é canhoto? A culpa pode ser da 'gravidade quântica', afirma teoria

Nele você pode ver uma explicação bem legal (SIC), de o porquê a gravidade quântica faz a gente ser canhoto... isso tudo é um grande e verdadeiro “WTF?”.

Eu fiquei mais de 30 minutos tentando entender de onde o autor tirou essa relação entre grávitons e ser canhoto. Até que um colega deu um toque, muito aparentemente o autor estava lendo um texto em inglês sobre o assunto, e se deparou com left handed particles (ao pé da letra; partícula canhota), como muito provavelmente o texto deveria ser sobre o gráviton, então ele concluiu que cientistas estavam tentando saber se o gráviton era “canhoto” ou “destro”, o que não é errado. Mas eis que deve ter entrado a veia jornalística dele e ele concluiu que se o gráviton fosse “left handed” ele influenciaria você a ser canhoto.

Ser “canhota” ou “destra” é uma propriedade que chamamos de helicidade, e ela é a relação entre o spin e a direção do movimento de uma partícula. Veja abaixo a ilustração que furtei do Quantum Diaries:
 

Essa partícula possui helicidade direita (ou helicidade destra – sei lá como fica isso em português), pois você poderia colocá-la na palma da sua mão direita e ao fechar seus dedos, com exceção do indicador, eles ficarão sempre no sentido do spin, enquanto seu polegar ficará no sentido do movimento da partícula. Mesmo que invertamos o movimento da partícula essa regra contínua valendo.


seu polegar indica o sentido do movimento, enquanto
os dedos indicam o "sentido" do spin
(Mão Direita)

Para partículas com helicidade esquerda (ou helicidade canhota) você usa a mesma técnica de colocar a partícula na palma da sua mão e fechar os dedos, mas agora a sua mão tem que ser a esquerda, assim o seu polegar novamente dará o sentido e direção do movimento e seus outros dedos darão o sentido do spin.

partículas com mesma helicidade em sentidos opostos.

Mão esquerda


NOTE que quando eu digo “colocar ela na sua mão” estou apenas ilustrando a situação para que você enxergue de maneira didática, obviamente não dá para você fazer isso na prática.


Resumindo, a helicidade das partículas nada tem a ver com o fato de você ser destro ou canhoto (eu sou ambidestro e aí?). Muito provavelmente o autor desse texto leu alguma coisa que falava sobre determinar a helicidade do gráviton, confundiu tudo e fez questão de dividir isso com você!

partículas com helicidades diferentes, note que mesmo que você coloque
o movimento delas no mesmo sentido e direção o spin de uma será o oposto
da outra


3 – Cadê a matéria escura??

É pessoal, a notícia impactante da semana foi sobre os dados obtidos pelo experimento de medição de matéria escura LUX. Eu, como adoro ver o circo pegar fogo, achei ótimo, minha namorada que tem pretensão de pesquisar na área, ficou triste.

Mas o que aconteceu foi o seguinte; quarta-feira, dia 30, a equipe do experimento em questão publicou esse artigo com dados obtidos em 3 meses de pesquisa: First results from the LUX dark matter experiment at the Sanford Underground Research Facility. Nesse artigo os dados mostram que na pesquisa anterior, usando um experimento menos sensível, obtivemos dados que não foram novamente observados nesse experimento mais preciso. Ou seja, não detectamos matéria escura na faixa de massa de 5-20 GeV / c ² que esperávamos. Tenha calma, isso não significa (ainda) que a matéria escura não existe, apenas estamos limitando as faixas de massa que ela pode ser encontrada.

Mas você deve estar se perguntando, porque um resultado negativo tem importância assim para todo mundo ter falado, é simples:

a) Não mostrar nada significa que naquela região, faixa de energia, aparentemente não tem nenhuma partícula de matéria escura
b) Mostra que nossas experiências antigas que deram resultados promissores nessa faixa de massa estavam erradas.
c) Limitamos ainda mais a possibilidade da existência de matéria escura, mas não acabamos com ela, pois ainda temos candidatos como as WIMPS.
d) Esses dados mostram que o experimento funciona bem, assim eles têm uma melhor chance de uma boa descoberta nas próximas medidas que serão realizadas.

Caso queira se informar um pouco mais sobre o assunto, veja esses textos:


- First LUX result negates previous possible dark-matter sighting.

Bóson de Higgs - Hangout e Medições

Eu tinha prometido a vocês que nesse final de semana eu postaria a segunda parte do meu texto sobre o bóson de Higgs, porém eu participei de um hangout com vários colegas e abordamos alguns assuntos pertinentes sobre o Higgs, então o post de hoje será o vídeo e comentários pessoais sobre o assunto, mas fique atento que tem um "extra" sobre medições e precisões.


Então vamos lá:

00:00 -- 00:02

Um monte de gente que não sabe nem onde achar o link do próprio Hangout, ok, a lagrangiana do modelo padrão é mais simples de mexer.

00:02 -- 00:08

Introdução, apresentação e o Daniel fez o favor de esquecer que eu também trabalho com o Higgs e fui reduzido a ajudante (rs).

00:09 -- 00:12

O comentário da Flávia foi excelente e carregado de informações. Mas vamos comentar com um pouco mais de calma para quem não entendeu. CERN é a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear. Assim como qualquer grande organização ela possui diversas linhas de pesquisas em diversos campos da física de partículas, um deles é a medicina nuclear por exemplo, então o CERN não é um lugar restrito a procurar o bóson de Higgs. LHC - Larger Hadron Collider (Grande Colisor de Hadrons) - é o famoso acelerador/colisor de partículas que está localizado no CERN. Nesse colisor existem diversas experiências sendo feitas, como o estudo de plasma de quark e glúons, que estuda um tipo de matéria que muito provavelmente se assemelha ao nosso universo nos seus instantes iniciais, essa pesquisa não está diretamente relacionada ao Higgs, mas foi ela quem deu origem as analogias de que o LHC iria "recriar" o universo. As demais pesquisas a Flavia deixou bem claro no comentário, mas acho um ponto interessante é que não foram feitas apenas experiências com colisões de prótons, mas também com íons pesados, como o de chumbo.

Por sua vez o LHC tem 6 divisões e cada divisão estuda coisas determinadas. Por exemplo;

ALICE - Estuda as colisões de íons pesados, como é o caso dos íons de chumbo. É aqui que o plasma de quarks e glúons é estudado.

ATLAS - Estuda várias coisas, dentre elas o Higgs, supersimetria, matéria escura e etc.

CMS
- O propósito é parecido com o do ATLAS. O foco da pesquisa é no Higgs, física além do modelo padrão e alguns aspectos da colisão de íons pesados.

LHCb - Nesse experimento é onde acontece o estudo da física de "b's" que a Flávia cita. O foco aqui é o estudo de partículas conhecidas como B-mésons, que decaem em quarks e antiquarks beauty.

LHCf - Estuda aspectos semelhantes a raios cósmicos encontrados nos LHC que poderiam ajudar os físicos a calibrar sensores de experiências gigantescas relacionados a raios cósmicos e interpretar seus resultados.

TOTEM - Essa pesquisa visa estudar aspectos como o tamanho de um próton e algumas propriedades do próprio acelerador.

Quem trabalha nessas pesquisas não são pesquisadores solitários, mas sim grandes grupos que geram uma quantidade enorme de publicações anualmente, assim as publicações (descobertas), levam o nome do grupo todo.

00:13 -- 00:024 

Fermilab, ao qual o Rafael se refere e trabalha, é um instituto de pesquisa dos EUA, onde várias pesquisas relacionadas a física de partículas são feitas. Até pouco tempo atrás ele possuía seu próprio acelerador, Tevatron, que foi desligado. Porém ainda sim o Fermilab trabalha em colaborações no Cern, como Rafael mesmo falou. Acho que não preciso falar nada sobre o que eles disseram sobre as associações e sobre as cagadas que o Brasil está fazendo em relação a sua parceria com CERN, caso vocês queiram saber mais sobre isso, uma rápida pesquisa no Google e vocês já acham bastante notícias.

00:26 -- 00:31

Essa parte da introdução a teoria de Higgs eu descrevi bastante nesse post: Bóson de Higgs - Como, onde e porque surgiu. Então não vou falar novamente.

Um ponto que eu acho que vale a pena falar um pouco é sobre o que a Ana Carolina diz que o Higgs encontrado pode não ser o previsto pelo Modelo Padrão. Essa parte é meio confusa, pois se a gente previu algo lá, como é possível não ser exatamente o que a esperávamos? Acontece que nem sempre é possível prever todos os comportamentos de algo apenas teoricamente, muitas vezes nossas teorias não são completas, ou nós cometemos erros, então observar algo onde deveria estar o bóson de Higgs já significa que uma parcela da nossa teoria está correta, encontrar todas as propriedades prevista significa que até aquele ponto nosso poder de predição foi de 100%. Se encontramos mais propriedades, então significa que não estamos considerando alguma coisa significativa, ou nossa teoria é limitada ou então nós estamos errando em algum ponto importante. Com isso é possível que saibamos onde algo está, embora não acertemos na predição de todas a suas propriedades, o que por si só já escancara a necessidade do estudo experimental do assunto.

00:31 -- 00:38

A explicação da Ana aqui foi muito boa, mas como deu uma discussão no final pode ter complicado um pouco o entendimento. Como a própria Ana diz, bosons fazem interações entre partículas, enquanto essas partículas são os férmions. Mas para não ficar abstrato tentarei ser mais direto e não muito técnico. Bósons não são matéria propriamente dita, possuem spin inteiro e obedecem a estatística de Bose-Einstein. Já os férmions são partículas de matéria propriamente dita, possuem spin semi-inteiro e obedecem a estatística de Fermi-Dirac. Para maiores explicações sobre isso veja essa série de textos:Matéria e Energia - Diferenças que você precisa saber!

Se você veio aqui para entender sobre o que o Daniel disse sobre vácuo e Higgs, veja o texto sobre o bóson de Higgs que linkei no tópico acima.

00:38 -- 00:41

O que é spin, esse ponto é terrível, por isso eu passei a bola no Hangout, mas vamos tentar por aqui. O exemplo da Ana é muito bom para a situação, porém é importante que você lembre que partículas são pontuais, elas não são corpos extensos para terem rotações. Então o que estamos falando aqui é sobre algo sem dimensão que gira, então na realidade não temos um corpo girando, mas sim um objeto (uma partícula) que possui propriedades de um corpo que está girando. Isso é muito abstrato, pois o que eu estou dizendo é que um corpo tem propriedades de giro, mas não podemos dizer que ele está girando, pois ele nem sequer possui dimensões. Então entenda o spin como sendo um número que pode ser inteiro 0,1,2,3... ou semi-inteiro 1/2,/3/2... que está associado intrinsecamente a cada tipo de partícula, e esse número confere à essas partículas propriedades físicas distintas.

00:41 -- 00:48

Essa parte sobre o Higgs ser ou não o do modelo padrão, acho que ficou bem claro, a Ana, o Daniel e a Flávia explicaram muito bem.

00:49 -- 00:52

MeV e GeV que a Ana fala são medidas de energia/massa e significam Mega elétron Volt e Giga elétron Volt, respectivamente.

00:53 -- 00:59

A única coisa que tenho a dizer desse ponto é sobre o que a Flávia não definiu; energia hadrônica é a soma da energia de todos os hádrons produzidos numa colisão. 

A única coisa que não foi discutido nesse hangout e que eu gostaria de falar é sobre a precisão das medidas realizadas e como elas funcionam. Você deve ter ouvido falar há algum tempo atrás que conseguiram 5 sigmas na descoberta do Higgs e depois esse valor subiu para 5,7 sigmas, mas o que é isso e como isso é calculado?

Como ficou bem claro para você (assim espero), nós não vemos na tela do computador uma partícula, como Higgs, bonitinha lá parada, nem nada próximo disso. Nossa detecção é sempre de efeitos secundários, como o decaimento do Higgs em dois fótons ou em outras partículas. Mas a coisa ainda é mais complicada que isso, pois não colidimos um par de prótons e aparece um Higgs, o que temos é a colisão de feixes compostos por uma quantidade absurda de prótons e que fornecem uma quantidade ainda mais absurda de dados, e deveria existir uma grande quantidade de bósons de Higgs aparecendo no meio desses dados. Então o que temos para analisar são muitos, mas MUITOS dados armazenados, é nessa análise que procuramos por dados que correspondem ao bóson de Higgs. Nosso foco aqui será entender como essa análise é feita.

(oh meu Deus, um físico teórico vai falar sobre física experimental – desculpe, mas é o que tem para hoje).

Quando se realiza experimentos do tipo do Higgs, o mais comum é utilizar uma ferramenta estatística chamada de valor-p (p-value), que é basicamente a probabilidade estatística de encontrarmos dados extremos mesmo que não exista nada de importante acontecendo. Tentando ser mais claro, a lógica geral é algo assim:

1 – Considera-se que o Higgs e partículas tipo-Higgs não existam. (Isso mesmo, considere que não exista o Higgs)

2 – Calcula-se a probabilidade de se observar resultados semelhante a um sistema em que o Higgs não exita, esse é o valor-p. Dê uma olhada nesse gráfico abaixo;


Nele você pode ver dados preliminares obtidos pelo experimento ATLAS. No eixo horizontal temos a energia que foi utilizada nesse experimento e o eixo vertical é a medida de um número de detecções de uma certa configuração de partículas. O valor-p, no gráfico, é a linha pontilhada, por sua vez a linha contínua com pontinhos pretos são os valores experimentais obtidos. A faixa verde corresponde a um desvio padrão de medida para mais ou menos 1 sigma, e a faixa amarela para mais ou menos 2 sigmas. Sendo assim, quanto menor o valor de sigma, mais próximo do valor-p estão os dados colhidos e com isso menor a confiança em saber se aquilo é de fato uma partícula nova ou não. Na imagem, circulado em vermelho estão os resultados com 2,7 sigmas, ou seja 2,7 acima do valor-p e com isso podemos começar a afirmar que os dados esperados se o Higgs não existisse não batem com os dados obtidos no LHC.

Aqui gostaria de colocar um enorme asterisco: O valor-p NÃO é um falso-positivo, mas sim à probabilidade de obter um determinado resultado sem haver algo de especial acontecendo.

Como os cientistas são exigentes, eles só aceitam que uma partícula é de fato encontrada para valores acima de 5-sigmas. Esse valor, diferente do que muitos blogs e sites de notícias por aí afirmam, não significa que a probabilidade de não ser o Higgs é de 1 em 3.500.000. Mas sim que a probabilidade de obter um valor que não esteja relacionado ao Higgs é de 1 em 3.500.000.

3 – Se os dados obtidos são extremamente improváveis considerando que uma partícula do tipo-Higgs não exista, então podemos dizer que o pressuposto de não existência dessa partícula é falso. Com isso passamos a ter uma base experimental para apostar na existência de partículas desse tipo.

Mas agora como sabemos que ali está uma partícula tipo-Higgs e não uma outra? Quanto o valor obtido experimentalmente tem que divergir do valor?

Essa pergunta é difícil e complicada de responder, mas nesse caso tudo começa pela massa. A massa esperada para o Higgs está por volta de 120 - 150 GeV, então se obtivermos um excesso confiável em 125 GeV por exemplo, podemos dizer que encontramos alguma partícula com massa na faixa da partícula de Higgs, porém é preciso determinar outras coisas, como o spin por exemplo, que para o caso de Higgs deve ser 0 (um bóson escalar), existem alguns métodos interessantes sobre como fazer isso, mas isso é um assunto bem mais complicado e você pode ver mais sobre ele aqui.

No dia 04 de Julho de 2012, a página do CMS publicou uma nota sobre excessos exatamente em 125 Gev:

CMS observes an excess of events at a mass of approximately 125 GeV with a statistical significance of five standard deviations (5 sigma) above background expectations. The probability of the background alone fluctuating up by this amount or more is about one in three million. The evidence is strongest in the two final states with the best mass resolution: first the two-photon final state and second the final state with two pairs of charged leptons (electrons or muons). 

E então fica mais claro o que estamos falando, em uma tradução literal, temos:

CMS observa um excesso de eventos em uma massa de aproximadamente 125 GeV[1] com uma significância estatística de cinco desvios-padrão (5 sigma)[2] acima das expectativas de fundo. A probabilidade de o fundo sozinho atinja este valor ou mais é de uma em três milhões. A evidência é mais forte nos dois estados finais com a melhor resolução em massa: primeiro o estado final de dois fótons e segundo o estado final com dois pares de léptons carregados (elétrons e múons).

Isso significa que os dados colhidos no CMS deram uma grande quantidade de eventos na faixa de energia de 125 GeV, que está na faixa da massa do Higgs. A significância estatística de 5 sigma significa que a chance dos ruídos de fundo sozinhos produzam o resultado observado (se o Higgs não existisse) é de uma em mais de 3 milhões. Note que não estão falando de a chance de o Higgs existir, mas sim de nós conseguirmos obter esses dados sem que o Higgs exista. Muito provavelmente, aqui você já conseguiu notar que o que é feito é um cálculo da probabilidade dos dados obtidos serem de origem não especial, ou seja de não ser o Higgs nem nada inesperado. Aí comparamos a relevância dessa probabilidade que chamamos de valor-p com os dados obtidos, se a probabilidade do valor-p bate com os excessos observados então não podemos afirmar nada, se o valor-p é muito(!) pequeno comparado aos dados obtidos então podemos dizer que o valor-p não explica esses dados, assim deve haver uma causa especial para aqueles excessos, no caso o Higgs. Se você entendeu isso, we're done here!

Mas beleza, qual a relação disso com a probabilidade de se obter o Higgs de verdade?

Para entendermos isso, temos primeiro que entender o que é o sigma, ou o “desvio padrão”, que tanto falamos.


Eu roubei esse gráfico acima de um site que tem uma explicação muito boa, veja aqui. Nele nós vemos uma coisa muito famosa para qualquer pessoa que em algum momento da vida já teve que estudar estatística, a curva Gaussiana! A parte mais protuberante do gráfico é o que chamamos de media, e o valor de sigma é quanto nossa medida desvia dessa média. A probabilidade de se obter um valor próximo a média (nesse caso é o nosso valor-p) é de 68%, isso equivale a 1 sigma. Ou seja, 32 a cada 100 dados registrado é em decorrência de nada importante . Para 2 sigmas apenas 5% dos dados podem ter origem em nada espacial, ou seja, pode ter origem nos ruídos de fundo das colisões. Para 5 sigmas, a chance de os dados serem de proveniência de nada em especial (nenhum evento do tipo Higgs) é de 0,00006%, sendo assim é quase impossível que não seja uma partícula nova. Para o bóson de Higgs conseguiu-se 5,9 sigmas, o que equivale a cerca de 0,000001% de chance de os dados não terem origem devido ao Higgs. Com isso podemos afirmar com muito boa precisão que encontramos de fato uma partícula tipo-Higgs lá, o que vem se confirmando (como dito no hangout) ser o bóson de Higgs esperado pelo modelo padrão.

01:10 -- 01:11

A Ana deu uma resposta muito boa para simetria, de forma correta e simples, caso você queria ver uma explicação mais técnica sobre isso, mas ainda sim sem matemática, veja o texto "Bóson de Higgs - Como, onde e porque surgiu."

01:12 -- 01:14

A Teoria Quântica de Campos nos fez ver um universo todo permeado por campos que dão origem às partículas que formam tudo a nossa volta. Por exemplo, em todo o universo, há um campo chamado de “campo de elétrons”, que é um campo fermiônico que citei no texto sobre Matéria e Energia. Um elétron propriamente dito não é um campo, mas sim uma vibração localizada em um campo. Sendo assim, cada elétron que existe é uma vibração localizada em um único campo.

Os elétrons não são as únicas partículas que consistem em vibrações localizadas de um campo, na verdade todas as partículas são. Por exemplo, há um campo de fótons, um campo de quark up, um campo de glúons, um campo de múon, ou seja, há um campo para cada partícula conhecida. E, para todos eles, uma partícula é apenas uma vibração localizada do campo. Caso você queira saber um pouco mais sobre esse assunto, veja esse texto:Campos e Partículas - A Nossa Visão Moderna do Universo.

01:14 -- 01:24 

note que aqui o Daniel deixa claro, logo de início, que é tudo especulação, ou seja, não possuímos dados ou evidências sólidas daquilo que está sendo discutido. E também ressalto, até o presente momento não há relação alguma entre o bóson de Higgs e o Big Bang.

01:24 -- 01:54 

Não vou comentar os pontos finais porque eu pretendo escrever unicamente sobre eles, já que acho muito interessante tratar com cuidado sobre a importância da busca do conhecimento em ciência de base e como isso se relaciona com aplicação em tecnologia.

Então caso sobre alguma dúvida mande para nós. É isso gente, espero que todos tenham gostado e até a próxima.

Entrevista sobre o Bóson de Higgs - ou um duelo entre jornalismo e informação?

Olá pessoal, não ia escrever um texto antes de sexta, mas quero falar acerca da entrevista que o Rogério Rosenfeld, do IFT, deu à emissora Bandeirantes no domingo. Os vídeos estão logo abaixo (linkei só a parte 1 de 4) e também indico que primeiro vocês leiam esse texto do Daniel, que foi o "muso" inspirador desse texto (kkkkkk).


Assisti a entrevista ontem, pelo canal do youtube do qual linkei o vídeo acima. Como eu estava de mal comigo mesmo e queria me autoflagelar, resolvi ler os comentários. Então o contexto total me deu vontade de escrever um texto abordando a postura do Rosenfeld, dos jornalistas e do pessoal que estava assistindo e criticando.

A entrevista já começa com um vídeo legalzinho, mas cheio de imprecisões. Obviamente a emissora não iria querer gastar mais dinheiro pagando alguém que entendesse do assunto para dar consultoria no vídeo, já que qualquer estagiário de jornalismo pode ler meia dúzia de textos e entender tudo do assunto. Afinal, o Higgs é totalmente trivial, uma partícula gorda que gruda em todas as outras partículas e dá massa para elas, cria o universo, passa café e faz bolo de chocolate.

Tirando o bonito e desastroso início, começa a entrevista. Parecia que eu estava assistindo um duelo de repentistas; os jornalistas perguntavam algo e esperavam respostas imediatas, “sim”, “não”, “o bóson de Higgs é isso”, o “bóson de Higgs é aquilo”... Porém, como o Daniel deixou bem claro no texto dele, na Ciência as coisas não são bem assim, principalmente se tratando de um assunto tão recente e complexo. Como vocês devem ter notado no meu texto anterior, o bóson de Higgs não é trivial, não se formula uma resposta exata “o bóson de Higgs é isso” e todo mundo compreende sem problema algum. Infelizmente na “física de ponta” muitas coisas que parecem triviais já deixarem de ser simples há muito tempo, como o caso da massa, que eu também escrevi a respeito. 

Outro exemplo é a própria definição do que é matéria ou o que é uma partícula. Se um físico me perguntasse agora o que é uma partícula, eu conseguiria dar uma resposta concisa: responderia “na lata” que é uma representação irredutível do grupo de Poincaré. Um físico compreenderia sem problema algum, mas e para você que sentido isso faria? Muito provavelmente não faria nenhum sentido, afinal o que é uma representação irredutível, o que é um grupo de Poincaré? Quem ou o que diabos é Poincaré? Obviamente, para explicar a um “não especialista”, eu precisaria pensar em uma forma mais didática de abordar o assunto e, ainda sim, sem muita imprecisão. 

Isso, por si só, já é uma tarefa muito difícil se tratando de assuntos consolidados, que todo mundo conhece dentro da física. Imagine agora responder perguntas referentes a algo que acabou de ser sistematizado, que pode ter relação com mais coisas do que sabemos, que pode ter propriedades levemente diferentes do esperado. Uma resposta concisa seria um erro tremendo.

Outro problema contundente eram as perguntas que vinham de jornalistas leigos. Via-se que o pobre Rosenfeld tinha que entender a pergunta e tentar consertar ela para que, aí sim, pudesse formular uma resposta simples e didática de algo complexo que está na fronteira do conhecimento humano. 

Nesse meio tempo entre a compreensão, correção e resposta à pergunta, os jornalistas já estavam interrompendo o entrevistado com novas perguntas e indagações que algumas vezes sequer havia relação com a pergunta que ele estava tentando responder.

Aí vem aquela máxima: “Ah Thiago, você está sendo injusto, os jornalistas são pressionados para escrever, por quantidade de conteúdo em um tempo apertado, mimimi...”. Sim eu sei disso, e gostaria agradecer a essas empresas de jornalismo que estão preocupadas unicamente com lucro e não com qualidade de informação passada, pelo desserviço muitas vezes prestado à divulgação científica. Embora eu ache que a atitude da Bandeirantes, em abordar o tema, tenha sido algo muito legal, notava-se que a emissora não tinha nem ao menos UM repórter capacitado para tal entrevista, o que jogava toda a responsabilidade nas costas do Rosenfeld.

Uma coisa que eu gostei muito foi o desanimo dos entrevistadores logo no começo quando receberam a resposta de que o Higgs não tinha aplicação prática no momento. Esse ponto é algo muito delicado, pois nossa atual sociedade sente uma enorme dificuldade em achar utilidade para o conhecimento que não desenvolva imediatamente tecnologia. O aperfeiçoamento da nossa forma de ver e compreender o universo, a evolução da nossa compreensão de mundo são totalmente inúteis se não der para fazer um Iphone com bateria que dure mais tempo. 

Mas enfim, esse é o mundo que vivemos e muitas vezes temos que tentar “vender nosso peixe” e forçar a existência de supostas tecnologias que podemos construir com o Higgs.

Agora vamos ao nono ciclo do inferno... digo, ao comentários:


Tanto no facebook quanto no youtube as opiniões foram deprimentes, basicamente me deparei com a justiça do inferno:

1 – A Malícia

Comentários puramente maldosos, com única intenção de atacar o entrevistado que não correspondeu ao esperado; “de que adianta ter 50 diplomas e ser um mané que não sabe explicar nada” e coisas do tipo.

O Rogério soube sim explicar muito bem algumas coisas, o problema foi que ele nem ao menos teve tempo para pensar em respostas melhores e mais amplas, pois era sempre atropelado por um jornalista com uma pergunta quase sempre sem muito sentido.

2 – A incontinência

“O Gleiser é melhor, deveriam ter chamado ele”, “Ele é bom, mas preferia o Gleiser”.

Tá, aí é uma questão de opinião. Mas é justamente esse ponto que difere Rosenfeld de Marcelo Gleiser. Rosenfeld se enrolou um pouco, gaguejou, demorou a responder, mas percebi que ele fez isso diversas vezes na tentativa de dar a melhor resposta possível para a pergunta, muitas vezes sem sucesso, devido a falta de rivotril nos jornalistas. 

O Marcelo Gleiser por sua vez, não é tão cuidadoso com as suas palavras, aí o pessoal gosta mais, pois você não precisa pensar muito para entender uma resposta dele. Mas isso é um problema, muitas vezes o Gleiser é impreciso a ponto de estar errado, mesmo a explicação dele sendo didática e legal. Então preste atenção, a resposta que você quer muitas vezes pode estar errada, principalmente se tratando de Ciência.

3 – A Bestialidade

Sem dúvida o maior reflexo dos comentário na internet, ninguém nunca conseguirá escapar deles. Mas como sempre, nesse caso só podemos sentir pena dessas pessoas que precisam se comportar como animais, ou como “vermes de comentário”.

Para fechar vou resumir exatamente o que eu achei de tudo isso: gostei bastante da entrevista, acredito que foi bastante válido a emissora ter aberto espaço para um assunto importante para a Ciência, e adoraria que as demais emissoras fizessem o mesmo. A postura dos jornalistas foi algo muito prejudicial para o desempenho do entrevistado, que não pode se expressar corretamente, ou a altura da capacidade que possui. As emissoras deveriam se preocupar mais com isso. Apesar dos pesares, as respostas do Rogério foram muito boas, algumas vezes não muito didáticas, mas ao menos ele não foi impreciso em alguns pontos que outros divulgadores como Gleiser e Kaku nem se importariam.

Bóson de Higgs - Como, onde e porque surgiu.

Mudança total de planos. Essa semana Peter Higgs ganhou o prêmio por causa do bóson de Higgs e a mídia fez uma cagada monstruosa ao tentar noticiar o assunto. A coisa foi tão feia que o bóson de Higgs acabou sendo até o responsável pela vida na Terra. Obviamente que eu estava doido para escrever um texto metendo o pau nos jornalistas, mas vou fazer melhor, vou dissecar o assunto ao máximo para os leigos. Farei isso em alguns posts, basicamente já tenho tudo escrito só vou postando aos poucos para não ficar gigante. 

Para não comprometer o entendimento de todos, esse texto será divido em 3 partes; 
1 – Introdução, 
2 – O Higgs para leigos, 
3 – O Higgs para não tão leigos.

0 – O porquê:

Esse texto possui uma motivação extra. Vocês que acompanham o blog sabem que eu trabalho com Teoria Quântica de Campos, mas nunca falei exatamente em quê. Minha pesquisa é em uma área relacionada ao Higgs, trabalho com vórtices semilocais no modelo de Higgs não-abeliano, não se preocupe se você não entendeu nada, acho que nem eu entendo direito. Essa área trabalha diretamente com o campo de Higgs, embora eu não pesquise diretamente a fenomenologia da partícula em si. Como vários pesquisadores da área de partículas e campos que trabalham diretamente com modelos de Higgs não se manifestaram sobre o assunto, me senti na obrigação de escrever esse texto. Então lá vamos nós:

1 – Introdução:

Nós sabemos que a matéria é formada por átomos e há não muito tempo se descobriu que os átomos são compostos de outras partículas menores, como os elétrons, prótons e nêutrons. Mais recentemente ainda, se descobriu que o próton e o nêutron poderiam ser divididos em partículas ainda menores, chamadas de quarks. No decorrer do século passado foi descoberto um grande número de partículas novas que possuíam propriedades características diferentes entre si. Os físicos viram então a necessidade de organizar seu grande armário de partículas elementares para a coisa não ficar bagunçada.

As partículas fundamentais foram dividas em dois grandes grupos chamados de Férmion e Bóson. Esses dois grupos são fundamentalmente diferentes. O primeiro é composto por partículas de matéria propriamente ditas (SIC) e possui spin semi-inteiro, 1/2, 3/2, 5/2, por exemplo. Dentro desse mesmo grupo as partículas são divididas em 12 subclasses chamadas de sabores. Entre essas partículas estão os elétrons, vários sabores de quarks e de neutrinos. Quando juntamos esses quarks eles formam partículas maiores chamadas de hadrons – que é exatamente o que significa aquele H do LHC – que compreendem os prótons, nêutrons e píons, basicamente.

Imagem com Bosons Hadrons e Fermions.

Por sua vez o grupo dos bósons é composto de partículas que, de forma geral, são mediadoras de campos e possuem spin inteiro, 0,1,2. Os bósons com spin 1 são chamados de bósons vetoriais, pois são provenientes de campos vetoriais. Os bósons de spin 2 são tensoriais (provenientes de campos tensoriais) e os bósons de spin 0 são chamados escalares (provenientes de campos escalares). Dentro desse grupo temos o fóton, que é o mediador de interações eletromagnéticas, o glúon, os bósons Z e W que são responsáveis pela mediação da força nuclear fraca e bóson de Higgs, que por sua vez é mediador de uma interação de massa.

Modelo padrão.
Quando juntamos todas essas partículas fundamentais e as interações que elas representam, temos um zoológico de partículas e interações chamado de “Modelo Padrão”. Esse modelo é muito bonito e funciona muito bem, é quase como uma tabela periódica dos físicos de partículas. Mas existe um “porém” nessa beleza toda, falta uma partícula para fechar esse modelo, o maldito bóson de Higgs. Tão maldito que o físico norte americano Lederman escreveu na década de 90 um livro chamado The Goddamn Particle, "A partícula maldita" em uma tradução literal, mas os editores acharam mais legal trocar o nome para The God Particle, A Partícula Deus. Como era de se esperar foi uma cagada homérica que só deu dor de cabeça para os físicos.




2 – Higgs Para Leigos (e para jornalistas)

Mas enfim, que diabos é essa partícula exatamente? Obviamente a resposta correta e formal para essa pergunta exigiria uma boa quantidade de matemática, então isso fica para a seção 3. Aqui irei me ater a uma explicação superficial, mas ainda sim dentro da margem do que se considera correto.

Nossa charmosa teoria que descreve as interações entre as partículas e forças funciona muito bem, mas existe um problema que tira o sono de muitos cientistas. A teoria diz que as partículas não deveriam ter massa e, portanto viajar a velocidade da luz, como acontece com o fóton. Entretanto, as partículas que conhecemos têm massa, então alguma coisa deve estar errada ou não estar sendo considerada nesse modelo. Para sanar o problema algumas propostas surgiram, entre elas uma bem elegante dizia que existia um campo responsável por frear essas partículas e esse freamento poderia ser entendido como a “massa” dela. E se produzíssemos uma perturbação nesse campo iríamos gerar ondulações que na teoria quântica de campos são vistas como partículas. Então, chama-se as oscilações no campo de Higgs de bóson de Higgs e é exatamente isso que o LHC tenta fazer, criar essas perturbações no campo.

Assim, a grosso modo, o bóson de Higgs é responsável pela massa das partículas, mas existe um pequeno misconception passado por muitas pessoas nesse ponto e que pode surpreender você. A existência do bóson de Higgs nos mostraria a origem direta da massa de apenas uma pequena parte das partículas que conhecemos, como o elétron, e não de TODA a matéria do universo. Porém, mesmo que a massa de outras partículas, como o próton, tenha origem em grande parte na força nuclear forte elas são afetadas diretamente pelo campo de Higgs (note que falei campo e não bóson), assim podemos considerar que estudos sobre o campo e o bóson de Higgs têm efeitos praticamente sobre toda a matéria ordinária que conhecemos. Caso você queira uma segunda explicação bem didática veja esse texto: Dossiê Higgs

A busca pela partícula maldita começou antes do LHC, no acelerador Tevatron que funcionou até 2011 no Fermilab, EUA (eu particularmente tinha uma questão de feeling com esse). No final da década de 90 e começo de 2001 esse acelerador passou por algumas modificações para realizar o seu Run II que durou até encerrar suas atividades em 2011. Um de seus programas era estudar o quark Bottom, porém houve a possibilidade de se estudar o bóson de Higgs associado aos bósons W e Z, uma vez que o Higgs decaía em quarks bottom. No geral o estudo foi um grande sucesso tanto para os quarks bottom quanto para o bóson de Higgs. Na física de partícula a confiança estatística de que a partícula exista é dada em sigmas, quanto maior o sigma melhor, mas a partir de 5σ já é possível anunciar a descoberta de uma nova partícula, por sua vez o Tevatron conseguiu 3σ para o bóson de Higgs.

Nesse tempo de árduo trabalho do Tevatron, o LHC ficou pronto e como trabalha com energia, intensidade mais altas e com detectores melhores, a chance de se obter uma medida mais precisa que 3σ era bem maior. E foi exatamente isso que aconteceu, no dia 4 de julho os cientistas anunciaram a significância combinada de 5σ e dias depois subiram para 5.9σ. Ou seja, encontraram algo bem na faixa de energia onde o safado do bóson de Higgs deveria estar. Além dessa ótima notícia teve também a enxurrada de cagadas jornalísticas que despertaram a fúria de alguns cientistas, até a emissora de TV Al Jazira falou enfaticamente sobre o assunto e muitos sites intitularam seus artigos de “Encontraram a partícula de Deus”.

3 – Higgs para Não Tão Leigos.

Após essa introdução vamos nos aprofundar um pouco mais no assunto. Aqui nós seremos levados a caminhos sombrios e muito bonitos da área de partículas e campos. Minha intenção é expor com maior número de detalhes possível o porque, onde e como surgiu o bóson de higgs. Indico as (muitas) linhas abaixo apenas a quem está disposto a entender o assunto de verdade, vai depender de seu esforço de absorver o que escreverei, pois não é nada trivial, embora seja deverás interessante. Não deixe de ler todos os textos linkados e também as referências.

3.1 – Quebra de Simetria Eletrofraca.

Antes de começarmos, dê uma lida nesse texto aqui: Campos e Partículas. Eu vou partir desse princípio. 

O primeiro ponto a ser tratado é o que é a teoria eletrofraca e o que é uma quebra de simetria eletrofraca. Partiremos desse ponto pelo fato de o mecânismo de Higgs, que é o mecânismo com que algumas partículas ganham massa, ser uma quebra de simetria eletrofraca no modelo padrão.

Então, cabe a nós agora entendermos como funciona a quebra de simetria eletrofraca no modelo padrão.

Anteriormente abordei no texto sobre matéria e energia, que o que consideramos matéria propriamente dita são os férmions, que como você sabe temos como exemplo os quarks e elétrons, entre várias outras partículas. Os quarks interagem fracamente, fortemente e eletromagnéticamente, enquanto os léptons, como o elétrons, não interagem pela força forte. Em todo o caso, as interações fracas e eletromagnéticas de ambos os quarks e léptons são descritos de forma (parcialmente) unificada pela teoria eletrofraca. Resumindo, a teoria eletrofraca é basicamente a unificação da força nuclear fraca com a força eletromagnética.

Ok, onde entra a simetria nisso?

Podemos dizer que o universo ama simetrias, e a grande matemática Noether conseguiu mostrar que simetrias estão matematicamente relacionadas à conservações de propriedades como a carga elétrica, por exemplo. Mas que tipo de simetria são essas? Podemos dividir as simetrias nas leis da física em duas, as Globais e as Locais. Simetrias Globais são aquelas aplicadas uniformemente sobre todos os pontos do espaço. Se pegarmos um balão e marcarmos seus meridianos e paralelos (como na imagem a baixo), ao girarmos esse balão no seu eixo, por exemplo, veremos que a nova posição do balão é idêntica a primeira, isso porque todos os seus pontos foram girados de forma igual, sendo assim todos os pontos sobre o balão sofrem o mesmo deslocamento angular, essas simetrias são as que levam à conservação de cargas. As simetrias locais (também conhecidas como Simetria de Gauge¹) são aquelas aplicadas a cada ponto do espaço, tomando a mesma linha do exemplo anterior, é como se a simetria de local fizesse o balão manter a mesma forma, porém dessa vez cada ponto irá se mover independentemente, com isso surgirão forças aplicadas nos diversos pontos do balão, causando uma deformação dos meridianos e dos paralelos.

Apenas linhas paralelas
apenas os meridianos.
sobreposição dos meridianos e paralelos
Em 1954, a dupla de físicos Yang e Mills, demonstrou que se uma interação física tem simetria global e exigirmos que ela também seja invariante por simetria local, teremos então que colocar novos campos na interação desejada, isso porque precisamos dar origens àquelas forças “ponto-a-ponto” que surgem da simetria local. Esses novos campos são chamados de campos de gauge, que serão muito importantes para esse texto, uma vez que estão associados a bósons sem massa (como o caso do fóton).

A interação fraca é descrita por um campo de gauge, assim ela possui simetria local, um tipo específico que chamamos de SU(2), mas essa nomenclatura não importa muito para esse texto. Como sabemos, campos estão associados à partículas e as partículas associadas a campos de gauge são bósons vetoriais massivos. Pô, mas eu acabei de dizer acima que Yang-Mills previa bósons vetoriais não massivos, mas agora a interação fraca requer bósons massivos?! Tem um problema aí?!

Sim, a teoria feita por Yang e Mills tinha um problema, quando ela tentava descrever bósons massivos surgiam valores infinitos nas equações, e isso significa que alguma coisa deu merda. Quando surgem infinitos em uma teoria dizemos que ela não é uma teoria renormalizável para aquela situação, assim ela não funciona direito. Afim de descrever a forma com que os bósons na teoria de Yang-Mills ganham massa, algumas idéias foram propostas, e a principal delas pode ser vista nessa imagem abaixo:




Esses papers, acima mostraram que os bósons vetoriais da Teoria de Yang-Mills poderiam ganhar massa a partir de uma mecanismo que quebra esponataneamente a simetria de gauge. Esse mecanismo é chamado de “mecanismo de higgs” e ele quebra a simetria que impedia os bóson vetoriais ganharem massa. Podemos chamar esse evento de quebra de simetria eletrofraca, pois está associado a essa interação. A essa quebra de simetria eletrofraca existe um bóson associado, o bóson de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble, injustamente conhecido apenas como bóson de Higgs.


3.2 – Mecanismo de Higgs, e a coisa fica mais complicada.

Aqui vamos precisar de um pouco de matemática, mas não se assuste, muito provavelmente você não irá entender algumas coisas, mas meu foco é que você entenda ao menos o que cada termo das equações abaixo significa.

A pergunta inicial aqui é “como descrevemos um campo matematicamente ?”. Para fazer isso nós usamos a energia do campo, subtraímos a energia potencial da energia cinética do mesmo, da seguinte forma:

$L=K-V$

$K$ é o termo cinético e $V$ é o termo potencial, a essa subtração damos o nome de Lagrangiana. São essas lagrangianas que descrevem o comportamento do campo. Se considerarmos um campo escalar massivo da seguinte forma:


Esse campo é chamado de dubleto, pois possui dois termos e o que nos interessa é o de baixo, $\phi^{0}$. $\phi^{+}$ está associado a um campo não físico e $\phi^{0}$ está associado ao famoso campo de Higgs, dado por:


$H$ é um campo real escalar associado ao bóson de Higgs e $v$ é a relação $\mu/\sqrt{\lambda}$. A Lagrangiana² que descreve o campo é a seguinte:



$D_{\mu}$ é uma derivada covariante em quatro dimensões de $\Phi$, "Dagger" ($\dagger$) indica que é um conjugado hermitiano da derivada de $\Phi$ e de $\Phi$. 

Tá, mas e agora? o que fazemos com isso?

O primeiro passo que devemos dar é esquecer o termo cinético e encontrar o termo de potencial mínimo. Potencial mínimo pode ser entendido classicamente de forma simples. Imagine uma montanha russa, na parte mais alta dela a energia potencial é máxima, na parte mais baixa a energia potencial é mínima, se o campo fosse uma montanha russa nós estaríamos tentando encontrar a parte mais baixa dele. O potencial mínimo é chamado de vácuo, e assim como a montanha russa, podemos ter vários pontos de mínimo, ou seja, de vácuos. Quando formos tentar encontrar o mínimo do potencial na lagrangiana do campo, nós encontraremos apenas um vácuo de todos os possíveis. Nesse contexto a quebra espontânea de simetria “escolhe” um vácuo possível do sistema. Ou seja, escolhe um mínimo do potencial.
Ok, eu sei, ficou confuso então tentarei dar um exemplo mais simples. Imagine que você está em uma mesa de jantar redonda repleta de pessoas, e existem copos à direita e a esquerda de cada pessoa, como na imagem a baixo.


como você pode ver, o copo a esquerda de um será sempre o copo a direita do outro
a pessoa número 1 acabou fazer a escolha do copo a sua esquerda,
isso irá forçar a pessoa número 2 a escolher também o copo da esquerda,
assim sucessivamente.
Antes de você escolher seu copo, todos têm a chance de escolher o copo da direita ou da esquerda, porém se você resolver beber no copo da esquerda irá forçar as outras pessoas a escolherem o copo da esquerda também. Isso é a quebra espontânea de simetria. As pessoas representam o campo e o copo representa o mínimo de potencial (vácuo).

minimo de potencial no campo de Higgs

Tomando o mínimo do potencial (derivando o potencial), como eu tinha dito, obtemos:

Agora basta fazer uma substituição direta de $\Phi^{2}$ no potencial $V$ e obtemos:


$H$ é nosso Bóson de Higgs com massa de $2\lambda v^{2}$, o $H^{3}$ e $H^{4}$ são termos que chamamos de auto-interação. Nós acabamos de fazer um monte de conta, mas o que elas significam é algo ainda mais bonito. Traduzindo em palavras, o que temos é um bóson vetorial que não possuía massa, mas após uma quebra espontânea de simetria local ele ganha massa. Esse mecanismo de uma partícula sem massa ganhar massa na quebra de simetria é chamado de mecanismo de Higgs e pode ser resumido assim:

4 campos escalares + 4 bósons não massivos ---> 1 campo escalar + 3 bósons massivos + 1 não massivo

Note que nesse resumo, 3 campos escalares massivos desaparecem, isso acontece porque os bósons sem massa “engolem” esses campos e adquire massa. Da mesma forma que fizemos para um bóson, podemos fazer para férmions, como é o caso do elétron, mas aí é muito mais complicado e não cabe nesse texto.

Acima demonstrei e falei muitas coisas extremamente complicadas que só começam a ser vistas pelos físicos no mestrado e doutorado, logo abaixo voltarei a tratar em termos leigos alguns aspectos que considero importante sobre a existência do campo de Higgs.

3.3 – Higgs existe? Ele está ligado ou desligado?

O Higgs está envolvido de formas diferentes à massa de determinadas partículas. Por exemplo, o Higgs dá massa diretamente às partículas elementares conhecidas, férmions e bóson, como elétrons, quarks, bóson Z e W, etc. Embora os prótons sejam formados por 3 quarks, grande parte de sua massa vêm da interação forte. Mas meu foco aqui será: o campo de Higgs existe? Se existe ele está “ligado” ou “desligado”?

Começaremos com uma ilustração clássica e simples que é correlata – O campo elétrico é bem diferente do campo de higgs em muitos aspectos, mas para esse exemplo ele funciona bem. Vocês se lembram daquelas TV's de tubo de antigamente? Então quando a ligávamos e passávamos perto da tela, sentíamos os pelos do nosso braço se arrepiarem, nesse caso o campo elétrico estaria ligado. Um campo elétrico desligado seria uma região neutra, como a que você está agora provavelmente. Sendo assim, o campo elétrico existe e pode ser medido, mas ele pode estar “ligado” ou “desligado”.

Com o Higgs acontece algo semelhante, se ele existir de fato no nosso universo, ele pode estar “ligado” ou “desligado”. Detectar um bóson de Higgs confirma a existência do campo de Higgs e mostra que ele está ligado. Usando o elétron como exemplo, se o campo de Higgs não existisse, ele não teria massa. Se o campo de Higgs existisse, mas não estivesse ligado, então sua massa seria menor do que a observada, pois teria origem na força nuclear forte e em pequenas interações entre os elétrons e o campo de Higgs desligado. 

Agora que sabemos onde, como e porquê o bóson de Higgs surge, vamos nos focar em aspectos experimentais e propriedades específicas, mas esse texto já tem informações demais, então darei uma semana para você tentar digerir isso tudo até a postagem do próximo texto. Minha intenção na sequência é continuar fazendo um misto de assuntos mais técnicos e com mais leigos, vamos analisar dados, falar de acoplamento e outros termos técnicos e legais. Espero que tenham gostado.

Bibliografia:

- The Higgs Hunter's Guide - Dawson etall- 1990
- P.W. Higgs, Phys. Lett. 12 (1964) 132, Phys. Rev. Lett, 13 (1964) 508,
Phys. Rev. 145 (1966) 1156; F, Englert and E. Brout, Phys. Rev. Lett
13 (1964) 321; G-S. Guramik, C.R. Hagen and T.W.B. Kibble,
Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 585; T.W.B. Kibble, Phys. Rev. 155 (1967)
1554.
- S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. W (196?) 1264; A. Salam, Proceedings of
the 8th NoM Symposium (Stockholm), edited by N. Svartholm (Almqvist
and Wiksell, Stockholm, 1968) p. 367.
- S. Glashow, Nvcl. Phys. 22 (1961) 579.
- M. Veltman, Acta Phys. Pol. B8 (1977) 475.
- B.W. Lee, C, Quigg and G.B. Thacker, Phys. Rev. Lett. 38 (1977) 883;
Phys. Rev. D16 (1977) 1519.
- L. Susskind, Phys. Rev. D20 (1979) 2619; S. Weinberg, Phys. Rev. D19
(1979) 1277.
- I.J.R. Aitchison and A.J.G. Hey, Gauge Theories in Particle Physics
(Adam Hilger, Bristol, 1982).
- T.-P. Cheng and L.-F. Li, Gange Theory of Elementary Particle Physics
(Oxford University Press, Oxford, 1984).
- H.E. Haber and G.L. Kane, Phys. Rep. 117C (1985) 75.
- Theory of Higgs Bosons: The Standard Model and Beyond.
- Introduction to the Physics of Higgs Bosons.


1 - Gauge pode também ser traduzido como "calibre". Viu que legal agora você já sabe o que o nome desse blog significa.
2 - Eu escrevi na verdade uma densidade lagrangia e não uma lagrangiana em si, embora todos tenham mania de chamar tudo de lagrangiana.
3 - Não repare nas imagens dos copos, fiz às pressas no Photoshop.

gostaria de agradecer a Rúbia Guimarães e Rebeca Nogueira pela bondade em corrigir o português deplorável com o qual esse texto foi escrito. 

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