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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.
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| 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.
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| Um quark estranho |
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.
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.
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| 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.
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| partículas com mesma helicidade em sentidos opostos. |
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| 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!
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| 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 |
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.
Caso queira se informar um pouco mais sobre o assunto, veja esses textos:
- First LUX result negates previous possible dark-matter sighting.
domingo, 3 de novembro de 2013
Posted by
Thiago V. M. Guimarães
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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.
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.
sexta-feira, 25 de outubro de 2013
Posted by
Thiago V. M. Guimarães
A Bela Simetria do Universo
Dando
continuidade ao nossos textos sobre física, em especial física de
partículas que campos. Hoje vamos tratar de um assunto muito
importante para os físicos da minha área; Simetria. Sem esse tema não conseguimos tratar quase nada da física moderna que vocês tanto gostam de ler!
Simetria
é algo totalmente presente em seu dia a dia, pois ela está contida
em nosso corpo, em praticamente todos os outros animais, em grande
parte dos objetos e formas geométricas. Por exemplo, na imagem a
baixo vemos 2 formas simétricas e uma antissimétrica. Na primeira
forma, se rotacionamos a tulipa em 1/8 de circulo ela ficará
exatamente da mesma forma. Já a ervilha apresenta uma simetria
diferente, se rotacionarmos ela, ela não parecerá simétrica, porém
podemos notar que um dos lados é exatamente igual ao outro. Na
terceira imagem, flor da cana-da-índia, não existe simetria de
nenhuma forma. Podemos ainda pegar uma esfera, que é uma forma
geométrica totalmente simétrica, não importa se você a gire, ou a
translade, ou a espelhe, ela sempre irá parecer igual.
Nosso
cérebro também tende a buscar simetria nas coisas e a achar beleza¹
nisso. Assim, nada mais natural que buscar simetrias nas leis do
nosso universo. Todas essas definições de simetria, de harmonia, de
estética, também existe na física. Mas o que elas são exatamente?
Bem, esse
assunto agora pode ser abordado de três formas, a primeira é bem
simples e intuitiva, a segunda vai exigir de você conhecimento
razoável de física, vetores e geometria (abordei isso aqui) e a
terceira forma é a para físicos experientes, obviamente aqui
abordaremos a primeira forma.
Para nós,
equações simétricas são aquelas que depois de sofrerem uma certa
transformação (rotação, translação) permanecem iguais, ou seja,
sem alterar seu significado. Um exemplo simples é uma soma de
números positivos, 2 + 3 = 5, podemos trocar a ordem a ordem e obter
a mesma reposta, 3 + 2 = 5, assim existe uma certa simetria na
adição. Porém o mesmo não vale para a subtração, pois 2 – 3 =
-1 e 3 – 2 = 1.
Apesar do
exemplo simples, simetrias muitas vezes são complexas e têm um
impacto profundo na física. E para entendermos um pouco do assunto
temos que falar de uma GRANDE mulher, Emmy Noether. Ela se tornou a
mulher mais influente da matemática em uma época que as mulheres
eram proibidas de frequentar determinadas universidades (veja um
pouco da história dela aqui). Mas o que ela fez e porque isso é
tão importante?
Antes de
Noether, os cientistas já tinham notado que certas coisas, como a
energia elétrica e carga, eram "conservadas". Ou seja, a
quantidade de energia de um sistema é o mesma antes e depois de um
evento, como uma colisão por exemplo. Da mesma forma, a carga
elétrica pode se movimentar, mas a carga total permanece a mesma.
(Note que isso só funciona em sistemas "fechados", que não
estão ganhando ou perdendo energia ou cargas de uma fonte externa).
Mas ninguém compreendia exatamente por que essas coisas eram
conversadas, é aí que entra o trabalho de Noether.
![]() |
| Noether |
O que ela
fez, a grosso modo, foi conectar essas leis de conservação com
simetrias matemáticas que podem ser expressas como equações. Wow,
isso foi simplesmente genial, pois o que ela fez foi mostrar que cada
simetria implicava em uma quantidade física conservada. Por exemplo,
se uma equação não foi alterada quando você a mudou de um ponto a
outro no tempo, significa que a energia foi conservada. Se você a
mudou entre um ponto a outro espaço e ela continua inalterada, então
seu momento linear foi conservado. Assim conseguiu-se explicar as
leis de conservação como a manifestação mensurável de simetrias
nas leis que regem o universo.
O teorema
de Noether levou a uma apreciação mais profunda do papel da
simetria nas leis que regem o universo. Agora, a simetria de uma
teoria particular, é uma das primeiras coisas que os físicos
consideram quando se avalia uma teoria.
Para um
físico a simetria tem valor estético e isso tem importância impar
quando “julgamos” nossas teorias. Sim, a beleza importa! Agora
toda vez que você olhar e se encantar com a beleza simétrica de
algo, lembre-se que esse também é o ponto de vista de beleza do
nosso universo.
Para o próximo texto,
tentarei tratar algo também muito importante, a quebra espontânea
de simetria. Porém eu ainda não faço idéia de como abordar isso
sem matemática, também não achei nenhum texto que tenha tentado.
Então é bem provável que demore um pouco para eu ter tempo de
escrever esse texto.
Referências:
Referência Base: Symmetry: How Beautiful Math Makes Elegant PhysicsLeitura complementar: Física em 12 lições, Fáceis e não Tão Fáceis - Feynman
quarta-feira, 7 de agosto de 2013
Posted by
Thiago V. M. Guimarães










