A "theory of everything" is said to solve its first real-world problem

A "theory of everything" is said to solve its first real-world problem:



...e vai-se solidificando, a teoria quântica das cordas...

NOVA | Parallel Worlds, Parallel Lives | Science Fiction and Fact | PBS

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...mundos paralelos...uma teoria que me tem levado, horas e horas de leitura...- Com o suporte da física quântica, não tem sido uma teoria pacífica...

...ainda a partícula fantasma..com cheiro a fado...

Anjos e demónios no CERN

O bosão que faz voltar os portugueses às Cavernas

por João Céu e Silva, na Suíça

Dentro de seis meses, a humanidade receará outra vez pelo seu futuro devido ao que se experimenta nas quatro cavernas onde os cientistas refazem o Big Bang. Criarão um buraco negro que engolirá a Terra? Provarão que a teoria que sustém a actual concepção da física é correcta? Mentira e verdade são as suas respostas. Dan Brown antecipou-se e foi muito lido pelos que lá investigam.

Todas as manhãs, numa das principais entradas de Genebra, milhares de carros engarrafam a estrada que passa em frente à recepção do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear, o CERN. Entre as 08.30 e as 09.00, os condutores que circulam lentamente pela via distraem-se a ver um dos 7000 funcionários da organização a içar as bandeiras das duas dezenas de países que financiam o projecto científico que pretende confirmar a teoria que sustenta toda a física actual: o Bosão de Higgs. Há quem também defina esta investigação como a busca da partícula de Deus, porque está na origem do universo, mas os cientistas que ali trabalham não querem falar de divindades que não aquelas que criam num túnel a cem metros de profundidade onde "A" máquina fará colidir dois feixes de partículas em sentido contrário que chocam em quatro pontos de um círculo com 27 km de comprimento 40 milhões de vezes por segundo.

Entre eles estão 150 portugueses que emigraram para a Suíça para inventar, construir e fazer funcionar "A" máquina. Esta participação tem um preço, 1% do orçamento do CERN e que é igual a 1% do PIB de Portugal, uma quantia que vai para os cofres de uma organização que tem sede na Suíça, e que também se espalha por vários quilómetros quadrados de França no túnel subterrâneo e instalações técnicas e científicas à superfície. Esta é uma visão que os condutores que pacientemente aguardam o acesso ao centro de Genebra não têm, porque a vastidão do CERN passa quase despercebida aos cidadãos que, na maioria, só desde o ano passado souberam de uma pequena parte da experiência científica que estava a ser realizada naquele cantão helvético. Uma tomada de consciência que fora antecipada pelo livro Anjos e Demónios de Dan Brown, que, confirmam os cientistas, não é tão ficção assim, e por uma simulação cinematográfica realizada pela BBC, que mostrava como a terra seria engolida ao realizar-se a recriação do Big Bang - em Setembro último - no interior do imenso círculo escavado sob as bucólicas pastagens do território que o esconde.

Quando muito, os condutores repararão numa esfera com mais de 20 metros de diâmetro que representa a Terra, localizada em frente à recepção, mas jamais verão os edifícios que abrigam a experiência Atlas (um dos quatro locais onde os protões colidirão milhões de vezes por segundo quando o acelerador voltar a funcionar), ou notarão que os postes de alta tensão que trazem a energia para o CERN são diferentes dos restantes que abastecem a Suíça. São atarracados e os pilares extremamente grossos de forma a sustentar uma estrutura por onde passa a alimentação do CERN, que, mesmo sem ter o acelerador a funcionar, consome o equivalente a 50% da electricidade que este cantão gasta e que, quando em Outubro "A" máquina estiver a funcionar, será igual à que toda a região de Genebra gasta.

Enquanto iça a bandeira portuguesa num dos 21 mastros paralelos à estrada, este homem não deverá estar preocupado com o financiamento do CERN ou com os trabalhos dos outros 6999 cientistas, técnicos e funcionários, nem se a recriação da experiência do momento inicial que deu origem ao universo vai alegadamente criar a antimatéria e, num culminar do brincar a Deus, originar um buraco negro que poderá antecipar em muitos milhões de milhões de anos o fim do sistema de galáxias onde somos apenas um pequeno ponto. Talvez esteja mais preocupado com a política de extinção de quatro em cada cinco postos de trabalho dos que se reformam no CERN, uma instituição que nasceu em 1959 e que durante a Guerra Fria albergou cientistas de países rivais, como americanos e soviéticos, em partilha de conhecimento científico.

O futuro do CERN depende em muito do sucesso desta experiência em curso nos 27 quilómetros subterrâneos do LHC, o Grande Colisionador Hadrónico (Large Hadron Collider), que, depois do insucesso verificado após as primeiras horas de funcionamento no dia 10 de Setembro, será retomada em Outubro próximo. A reparação de "A" máquina irá, em primeiro lugar, fundamentar a existência teórica do Bosão de Higgs. Depois, os projectos apontam para um novo colisionador, desta vez linear em vez de circular, em que novas teorias da física serão confrontadas.

Enquanto a reparação é executada, os cientistas do CERN fazem figas para que o "velho colisionador" (definem-no assim no CERN) do concorrente norte-americano Fermilab não faça prova da existência do bosão antes do do centro europeu. Pode ser que no futuro os EUA recebam o novo colisionador linear, mas como ainda não está decidida a sua localização é a Europa que lidera esta investigação a nível mundial. Refira-se que a instalação de um LHC nos EUA foi impossibilitada pelo Governo ao fechar o financiamento para a sua construção quando ela já ia a meio devido ao custo.

Os responsáveis do CERN potenciam a todo o custo a vantagem de ter o LHC e fazem-no sob todos os meios, nem que seja colando-se à polémica provocada pelo filme baseado na ficção de Dan Brown.

Quando se consulta o site do CERN (http://public.web.cern.ch/public/), para além das últimas informações sobre a retomada da experiência e de um piscar de olhos aos jovens com um filme de três minutos em que se explica o que ali se faz, o destaque vai para a notícia intitulada "Holly-wood vai ao CERN". Ilustrada com uma fotografia do realizador Ron Howard e da dupla de actores principais, Tom Hanks e Ayelet Zurer, o centro congratula-se com o facto de ter cedido as instalações do Atlas para realizar algumas filmagens do Anjos e Demónios, porque "o laboratório rapidamente viu uma oportunidade e ficou entusiasmado com a participação". Razões? Segundo um director do CERN, o best-seller "promoveu a oportunidade de mostrar como é excitante a pesquisa da antimatéria e mostrar como a ficção e a ciência pretendem levar as pessoas do normal para o extraordinário com a diferença que aqui se opera com a realidade".

Controlar o hélio

Visitar o CERN não é difícil, mas ir até onde o jornalista do DN foi é bem menos fácil. Depois de uma troca de e-mails, os inventores da Internet organizaram uma visita aos dois principais pontos de "A" máquina onde se realiza o choque de partículas, ao centro onde se mantém a temperatura do túnel a dois graus Kelvin (-270º Celsius) e ao bunker informático de onde partem os milhões de milhões de registos das colisões para os computadores espalhados em 140 institutos de vários continentes que, em tempo quase real, colaboram na certificação do Bosão de Higgs. A condição imposta ao CERN, de contactar apenas com cientistas e técnicos de nacionalidade portuguesa, não foi difícil de acontecer.

Descobre-se rapidamente que os há em vários cargos e de alta responsabilidade; entende-se que alguns falam um português quase ininteligível, porque é repleto de termos como colisões, muões, protões, electrões e hadrões; que não gostam que se refira como explosão o que acontece naqueles dois finos tubos que o Grande Colisionador Hadrónico provoca; que olham, admirados, quando se pergunta o significado desta experiência que recria o que terá acontecido aos 10-43 segundos da explosão que há 13,7 mil milhões de anos terá originado a expansão do universo - mais conhecido por Big Bang - a partir de um átomo e que reagem incrédulos quando se confunde o muão e o muão neutrino ou o bosão Z com o W...

Para se conhecer o CERN, entra-se na recepção geograficamente situada na Suíça. Logo pela manhã estão aí vários autocarros com jovens estudantes ensonados e professores eléctricos de profissionalismo, além de muitos curiosos e interessados em saber o que é o centro e que se inscreveram para passarem uma parte do dia neste epicentro científico do planeta. Há visitas guiadas que mostram grande parte das instalações em lugares próprios, repletos de maquetas, quadros e informações em ecrãs. Para lá desse tour turístico, existem os visitantes especiais, que podem conhecer um pouco mais do CERN, e, por fim, os espaços de entrada reservadíssima onde só um crachá que substitui o registo da íris do próprio autoriza a permanência, mesmo assim acompanhados e em condições de vigilância apertada.

O dia da visita do DN foi a 30 de Abril, data em que o 53.º magneto era substituído no túnel depois da avaria que interrompeu a experiência há sete meses. Era o último sector que, após ser ligado nas duas extremidades, fecharia o circuito por onde circulam os dois feixes de partículas. O local onde se preparam os magnetos está fora da Suíça, vai-se num carro do CERN, atravessa-se a fronteira francesa, e chega-se a um aglomerado de armazéns onde, num deles, estão vários grandes tubos, os dipolos. É aqui que se conhece o engenheiro Paulo Gomes, que é responsável pelo sistema criogénico que permite o funcionamento de "A" máquina. O sucesso da experiência passa em muito por este português, porque está nas suas mãos manter os 27 quilómetros do colisionador à temperatura de 270º negativos - mais rigorosamente a 1,8 ou 1,9 Kelvin -, porque só neste ambiente onde a variação não pode ultrapassar os dez mini-Kelvin é que as partículas ficam estabilizadas e sem agitação térmica de modo a reproduzir as condições em que tudo começou.

Na consola onde trabalha, numa das quatro ilhas que controlam todo o sistema de arrefecimento do túnel, estão vários monitores que mostram as informações dos sensores dos magnetos onde o hélio é o único gás capaz de executar a tarefa. Uma das ilhas controla o LHC, duas, os dois outros aceleradores, o SPS e o PS, e a quarta, os equipamentos associados ao LHC. Manter a temperatura uniforme durante a experiência é a sua missão e, se agora, ainda não é a sua principal preocupação, porque decorrem os trabalhos de abaixamento da temperatura e esse é um processo que vai demorar várias semanas, dentro de poucos dias ocupá-lo-ão por inteiro. Tal como foi o processo de aquecimento após o incidente que parou a experiência porque ao queimar-se uma das ligações entre dipolos por onde passa a energia (15 mil amperes) a fusão que daí resultou poluiu vários dos tubos circundantes com a pulverização da capa protectora que envolve o veio central. Foi preciso limpar o colisionador e à temperatura de -270º é impossível realizar-se o trabalho, situação que acarretou a retirada de toneladas de hélio do sistema e para as quais não havia capacidade de armazenamento. Diga-se que os vários tanques para o hélio são uma das contribuições de tecnologia portuguesa fornecidas para este projecto.

Paulo Gomes é engenheiro electrotécnico e, pelo que parece, só regressará a Portugal se não tiver outra hipótese. Sente-se no CERN como peixe na água e quando diz que "os físicos nunca se reformam porque isto é uma paixão" reflecte o sentimento da maior parte dos que participam num projecto tão ambicioso como o do Grande Colisionador Hadrónico. Quando recorda as semanas que antecederam o início da experiência, só consegue expressar os sentimentos gerais com a frase: "Estávamos todos muito motivados." E, com o recomeço da operação, sabe que lhe está reservado, como a todos os que ali trabalham, o cancelamento do habitual período de fecho do CERN no final do ano. Enquanto observa a descarga de um dipolo de um caminhão, relembra que no início do ano um dos armazéns estava sobrelotado de tubos para revisão e substituição e que, num ao lado, eram bastantes os que estavam a ser testados para regressarem ao seu lugar no túnel. Assiste ao teste de um deles, que está em curso, e interrompe as suas explicações técnicas enquanto passam alguns dos jovens do Liceu Jean-Paul Sartre - que estavam ensonados na recepção, nota-se que alguns deles já estão enfastiados de tanta ciência quando comparados com os que estão a devorar aquela enciclopédia de informações - para os deixar passar.

Enquanto se passa por um magneto cor de laranja, sobre cuja superfície cilíndrica está o nome do laboratório norte-americano Fermilab, o principal concorrente do LHC, entende-se que está preocupado com a situação de paragem do acelerador: "Nós estamos parados e eles continuam a fazer a experiência. A nossa sorte é que a sua máquina é muito inferior à nossa." Ao observar-se a paisagem que rodeia esta oficina de dipolos, magnetos e supercondutores que compõem o LHC, pergunta-se quais os efeitos das radiações aqui produzidas. A sua resposta é tranquilizadora e garante que a profundidade a que se encontra o túnel (150 metros abaixo do Monte Jura e 50 sob o lago de Genebra) não permite que os efeitos da radioactividade se repercutam à superfície. O CERN garante que a monitorização é realizada em 200 estações, sob a supervisão de autoridades suíças e francesas, e que os efeitos decorrentes das

colisões cessam ao fim de dez minutos de interrupção do Grande Colisionador.

Descer a cem metros

Quando são injectadas no LHC, as partículas já passaram por três outros aceleradores que lhes deram uma velocidade de 99,9997828% da luz. No LHC, ao fim de 20 minutos de aceleração, as partículas atingem os 99,9999991%, o que equivale a mais 650 metros por segundo do que tinham e as fará circular no Grande Colisionador à velocidade de 299 999 km por segundo. É neste circuito que irão colidir em quatro pontos. Em dois deles, o CMS e o Atlas, estão dois investigadores portugueses com grandes responsabilidades na busca do Bosão de Higgs.

O CMS tem por missão fotografar a trajectória das partículas produzidas durante as colisões como se fosse uma câmara digital e fá-lo milhões de vezes por segundo. É aí que está João Varela, o responsável por toda a análise dos dados e que tem como função seleccionar as colisões a serem estudadas. Quando refere que há 40 milhões de colisões por segundo e que é necessário reduzi-las a cem, vê-se que tem um grande problema entre mãos. Ao receber um megabyte de informação, de cada vez que acontece uma colisão, há que decidir através de um sistema electrónico e computacional as que são interessantes, situação que acontece após a realização de alguns algoritmos e do reenvio de sinais para todo o detector através de centenas de milhares de fibras ópticas. A informação a guardar é então enviada para cinco mil servidores e estudada por 2500 pessoas e posteriormente armazenada em disco. Esses dados, depois de guardados em disco, se fossem empilhados fariam todos os anos uma coluna de 15 km de altura.

Portugal é um dos países onde o resultado destas colisões é estudado - há 150 portugueses envolvidos - de modo a encontrarem-se as configurações cinemáticas e topográficas que são diferentes daquilo que a física normal espera. "É isso que é preciso procurar", diz. "Sabe-se que é muito raro acontecer, mas, se não existirem, então é preciso rever as teorias todas e repensar a nossa visão", acrescenta.

O que João Varela certifica na sua caverna a cem metros de profundidade é a existência do Bosão de Higgs e está certo de que o irá encontrar porque a "cadeia de argumentos lógicos é tão forte" que assim deverá acontecer. E compara esta fundamentação teórica ao trabalho dos detectives que estão certos do criminoso após todas as deduções feitas. A pergunta que se segue é: e se falhar? Tem de se repensar toda a teoria, mas quando há uma mudança de paradigma na física nunca se põe em causa totalmente o que está para trás". E se for confirmada a existência do bosão? "Então, estamos na boa pista e podemos avançar para outras experiências e uma nova etapa. Aliás, os cientistas estão tão certos que o CERN já tem uma equipa a pensar a fase seguinte, que projecta o Super LHC, "A" máquina de electrões e positrões não circular e que será instalada num outro túnel de 50 km em linha recta. "Que é a fase seguinte desta investigação e um desafio tão grande porque há muitos problemas de aceleração a desenvolver", antecipa.

Outra portuguesa que também trabalha noutra das cavernas por onde passa o acelerador é Ana Henriques. Responsável pelo calorímetro do Atlas, parte de uma instalação gigantesca por onde passam partículas mínimas e que tem 46 m de comprimento e 26 de altura. Aqui encontram-se dois poderosos magnetos que permitem corrigir a trajectórias dos muões passando no seu interior sem interacções com outras matérias, de modo a poder identificá-los de forma precisa. A visão deste olho gigante foi uma obra de engenharia só possível graças à grande integração de equipas de cientistas e projectistas, pois as suas peças vieram de vários fabricantes e foram montadas na base da caverna depois de enfiadas por um túnel vertical com uma centena de metros, como se fosse o gargalo de uma garrafa por onde se monta um barco. Acompanhar a investigadora entre a superfície e a caverna é uma aventura, pois durante duas horas percorrem-se partes reservadas e está-se no interior de um aparelho mastodôntico que protege e diagnostica as partículas que passam por um canal quase milimétrico.

Toda esta informação vai desembocar ao CCC, um edifício onde se guardam em disco e fita todas as informações desta experiência científica. Novamente, há um português a trabalhar neste importante sector do CERN, o jovem engenheiro de informática Ricardo Rocha. Durante meia hora mostra os dois pisos gigantescos onde milhares de computadores armazenam as informações recolhidas, entre outras, nos quatro pontos de colisão. Rocha explica que há capacidade para armazenar 14 milhões de gigabytes (até ao fim do ano será de 22) nos 41 mil discos existentes. Feitas as contas, a quantidade de dados que ali chegará anualmente com a experiência do LHC será de 15 milhões de gigabytes, ou seja, três milhões de DVD por ano, o suficiente para uma pessoa ocupar 500 anos...

O que é o Bosão de Higgs?

Em 1964, o cientista Peter Higgs predisse a existência do bosão, a única partícula do modelo-padrão que não foi observada e que valida a origem da massa das outras partículas elementares. O Grande Colisionador Hadrónico pretende encontrar a prova da existência do Bosão de Higgs.

O que é o LHC?

Large Hadron Collider (Grande Colisionador Hadrónico) significa: L, de grande (em inglês), devido à sua dimensão, cerca de 27 km.; H, de hadrões, porque acelera protões e iões que são hadrões; e C, de colisionador, porque provoca a colisão de partículas que circulam em direcções opostas.

(DN CIÊNCIA)

...aos poucos e poucos, para lá se caminha!....para a compreensão desta física do futuro...

Spooky connection. Physicists forged a quantum link called entanglement between the mechanical oscillations of one pair of ions and another distant pair.

Credit: John Jost and Jason Amini/NIST

Physicists Put the Quantum Into Mechanics

By Adrian Cho

ScienceNOW Daily News

5 June 2009

Quantum mechanics and its bizarre rules explain the structure of atoms, the formation of chemical bonds, and the switching of transistors in microchips. Oddly, though, in spite of the theory's name, physicists have never made an actual machine whose motion captures the quirkiness of quantum mechanics. Now a group from the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Boulder, Colorado, has taken a step in that direction by forging a mind-bending quantum connection between two mechanical widgets. Their devices don't look like electric drills or other familiar machines, however: Each is a pair of ions oscillating in an electric field, like two marbles joined by a spring.

The link the researchers created is called entanglement, and it has been made before between certain internal properties of quantum particles, such as the inner gyrations of ions. The new work extends that link to the actual motion of the ions, which is a kind of micro-analog of the swinging of the pendulum of a grandfather clock. "For the first time, the mechanical motion itself has been entangled," says Rainer Blatt, an experimental physicist at the University of Innsbruck in Austria.

To appreciate what the NIST researchers have done, an aficionado has to get his head around two very weird concepts in quantum mechanics. First, quantum theory says that an object can literally be in two contradictory states at the same time. So whereas an office chair can spin either to the right or to the left, a quantum particle like an ion can literally spin in two opposite directions--call them up and down--at once. That mind-creasing "superposition" state lasts until an experimenter measures the ion's spin, at which point the ion instantly "collapses" to one direction or the other. Weirder still, two ions can be put into these uncertain two-ways-at-once states and then linked up so that, even though it's impossible to say which way either is spinning, their directions are completely correlated. For example, if the first one is measured and collapses into the up state, the second one will instantly collapse into the down state, even if it's light-years away. That connection is called entanglement, and anyone who finds it hard to swallow is in good company: Einstein famously called it "spooky action at a distance."

To extend such a connection to mechanical motion, NIST's John Jost, David Wineland, and colleagues used electric fields to trap two beryllium ions and two magnesium ions. They then applied a magnetic field and pulses of laser light to entangle the spins of the beryllium ions. After that, they separated the ions into two beryllium-magnesium pairs, which would be their mechanical widgets.

During this process, the beryllium spins remained entangled, and the researchers next transferred that link to the motion of the pairs. To do that, they zapped each beryllium with a laser again to "rotate" the down-spinning half of its split personality back to up while leaving the up-spinning half untouched. But they tuned the energy of the laser so that as the down-spinning part of the beryllium's state turned, the light would also excite the ions in the pair to oscillate. As a result, each beryllium ion spun only up, but each beryllium-magnesium pair was left in a state in which it was both oscillating and not-oscillating. Moreover, because the two beryllium spins started out entangled, the two oscillatingnot-oscillating pairs ended up entangled, too, the researchers report this week in Nature.

"It's a completely amazing experiment," says Jack Harris of Yale University, one of a number of physicists striving to show quantum effects in vibrating beams and other "macroscopic" mechanical devices. The ion experiment hasn't beaten their efforts to the punch, he says, because although it entangles mechanical motion, the ions themselves are still quantum particles. "It's more the macroscopic than the mechanical that we're after," Harris says. Indeed, he and others hope to test whether some as-yet-undiscovered principle forbids quantum weirdness in objects containing many billion atoms.

For their part, NIST researchers hope to use ions to fashion a quantum computer that, thanks to quantum weirdness, could solve problems that stymie conventional computers. "A lot of the technologies we developed for this experiment are going to be crucial for making a quantum computer with trapped ions," Jost says. However, making a quantum computer will likely be even harder than making a rudimentary quantum machine.

Related site

The Nature report

(SCIENCE)

Espaço

Buracos negros não são realmente negros; e podem não ser buracos

Michael Schirber

Physical Review Focus

Buracos negros não são realmente negros; e podem não ser buracos

Passagem só de ida. Quando um objecto passa pelo horizonte de eventos de um buraco negro (curva dourada), ele não consegue mais enviar sinais em nenhuma direção. O horizonte de eventos é normalmente considerado a fonte da chamada radiação de Hawking (não aparece no desenho), mas uma nova análise sugere que o horizonte possa não ser necessário para gerar a radiação em experimentos "análogos".

Três décadas atrás, Stephen Hawking descobriu que os buracos negros podem emitir radiação, de forma que eles não são realmente negros. Agora parece que eles podem não ser necessariamente buracos. Físicos teóricos estudaram ondas sonoras parecidas com as ondas de Hawking, emitidas pelo "análogo" de um buraco negro - um fluxo de fluido no qual a corrente descendente age como um arrasto gravitacional e que é governado por equações similares às dos buracos negros.

Surpreendentemente, as ondas de Hawking apareceram no fluido mesmo sem a presença de uma região da qual é impossível se escapar, normalmente associada com os buracos negros. Os resultados sugerem que os experimentalistas poderão ter menos trabalho do que se esperava para criar análogos da radiação Hawking em laboratório. A equipe especula que buracos negros reais podem existir em tal estado, mas outros especialistas se mostram cépticos.

O "ponto de retorno" para qualquer coisa que se aventure nas proximidades de um buraco negro é chamado horizonte de eventos - nada sai de lá depois que cruza essa concha esférica imaginária que circunda o buraco. Hawking percebeu, entretanto, que o espaço/tempo curvado na ponta do horizonte de eventos poderia estimular a criação de partículas, algumas tendo energia suficiente para se libertar da armadilha gravitacional.

Infelizmente, a radiação prevista é fraca demais para ser detectada. Alguns pesquisadores têm então tentado verificar indirectamente a teoria com análogos de buracos negros - sistemas sólidos ou líquidos que aprisionam o som ou a luz de uma forma similar aos buracos negros reais. Um exemplo é um fluido quântico como o hélio líquido, com uma porção se movendo mais rápido do que a velocidade do som.

Um nadador nessa região supersónica poderá gritar por socorro, mas as ondas sonoras poderiam nunca sair da região em movimento para a região fixa. As equações descrevendo tal armadilha de som são similares àquelas utilizadas para explicar o espaço/tempo afunilado do buraco negro. Estudos teóricos dos horizontes de evento acústicos prevêem que eles possam emitir radiação do tipo Hawking a partir da borda da região supersónica na forma de ondas sonoras quantizadas, chamadas fónons.

Pesquisadores gostariam de observar essa radiação análoga à de Hawking no laboratório a fim de aprender mais sobre esse exótico fenomeno. Mas ninguém teve sucesso até agora, em parte porque a instabilidade e a turbulência associadas com um fluxo supersónico tornam tais medições muito difíceis. Mas agora parece que tais fluxos supersónicos podem não ser necessários para gerar a radiação de Hawking, de acordo com as previsões de Carlos Barceló, do Instituto de Astrofísica de Granada, Espanha, e seus colegas.

A equipe modelou um fluido sem fricção fluindo através de um cano estreito. Eles imaginaram primeiro que a velocidade do fluxo se acelera com a distância cano abaixo (talvez devido a um decréscimo no diâmetro) e, segundo, a velocidade máxima aumenta com o tempo. Se o fluxo descendente atingir a velocidade do som, eles calcularam que um observador corrente acima poderá ouvir um zumbido do tipo Hawking.

Entretanto, a equipe descobriu que eles podem aumentar lentamente a velocidade - chegando perto mas nunca atingindo velocidades supersónicas - e ainda assim a radiação de fónons será emitida. "É surpreendente. Eu esperava não ver nenhuma radiação," diz o co-autor do trabalho Stefano Liberati, da Escola Internacional de Estudos Avançados, em Trieste, Itália.

Os pesquisadores especulam que uma estrela em colapso poderá emitir radiação de Hawking sem nunca formar um horizonte de eventos. À distância, ela deverá continuar se parecendo com um buraco negro enquanto se mantém em colapso, porque a luz será fortemente afectada pelo espaço/tempo fortemente curvado.

Mas William Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, Canadá, acha esse cenário não realístico. Para emitir a quantidade esperada de radiação, diz ele, a estrela deverá se encolher até um ponto muito próximo a uma densidade necessária para um horizonte de eventos se formar, tão próximo que a diferença não deverá ser fisicamente significativa.

Em 2002, cientistas norte-americanos propuseram uma teoria que também retira a noção de buraco dos buracos negros, transformando-os em bolhas, ou gravastars. Veja Buracos negros não são buracos, mas bolhas.

Bibliografia:

Hawking-Like Radiation Does Not Require a Trapped Region

Carlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, Matt Visser

Physical Review Letters

Sábado...marçagão!

...um português, Buracos negros e Bolas de sabão...

Física

Bolas de sabão ajudam a Perceber Buracos Negros

por CFILOMENA NAVES Hoje

Com uma bolsa Marie Curie, atribuída pela União Europeia, o jovem físico português Óscar Dias está na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, a estudar buracos negros. A sua metodologia passa por aplicar a mecânica de fluídos à caracterização daqueles estranhos objectos no universo. Num projecto anterior, já tinha feito algumas descobertas nesta área

Estudando as propriedades físicas das bolas de sabão, ou descrevendo (com contas matemáticas) o fluxo de água que sai de uma torneira aberta, é possível descobrir e caracterizar esses objectos estranhos e misteriosos que são os buracos negros. Dito assim, parece brincadeira, mas a verdade é que esta é uma descrição possível do trabalho de investigação que o jovem físico português Óscar Dias desenvolve desde há dois anos. Primeiro na Universidade de Barcelona, em Espanha, e desde Fevereiro na Universidade de Cambridge, no Reino Unido. Sempre com bolsas Marie Curie, atribuídas pela União Europeia (UE).

O primeiro projecto, que Óscar Dias desenvolveu com o físico espanhol Roberto Emparan, da Universidade de Barcelona, e que há pouco terminou, já resultou aliás em algumas novidades (participaram também Marco Caldarelli, Vitor Cardoso e Dietmar Klemm).

Por exemplo, uma corda negra longa (também os há com esta forma e, até, com a forma de um donut), quebra-se (como acontece a certa altura com um fluxo de água de uma mangueira). Óscar Dias e Emparan determinaram esse valor e descobriram também que, em caso de rotação, essa instabilidade na corda negra fica mais forte. Descobriram ainda que buracos negros com muita rotação adquirem a forma de um amendoim e depois de anéis ou donuts, tal como as bolas de água a girar.

Tudo isto, que é novidade, foi compreendido com recurso a muita matemática. "O que faço é física teórica", resume Óscar Dias.

Mas como é possível, afinal, perceber os buracos negros fazendo contas sobre bolas de sabão ou jactos de água?

"Tornando curtíssima uma longa história, a busca da teoria que combina a gravitação de Einstein com a mecânica quântica conduziu, nos últimos anos, à revelação fascinante de que, num certo regime, podemos compreender buracos negros resolvendo equações da hidrodinâmica, ou mecânica de fluidos, que são bem mais simples do que as da teoria de Einstein", explicou ao DN o físico português.

Ou seja, estabelecida uma dualidade, ou correspondência, entre certas teorias quânticas (que descrevem o mundo microscópico de átomos e electrões) e as da gravitação (que dizem respeito aos corpos estelares massivos, incluindo buracos negros) e feita, entretanto, a correspondência entre as primeiras e a mecânica de fluídos (água a correr e bolas de sabão), obtém-se então a verdade simples: é possível estudar buracos negros resolvendo equações em mecânica de fluídos.

Foi a isso que Óscar Dias se lançou, depois de ter estado durante dois anos (2005 e 2006) com uma bolsa de pós-doutoramento no Canadá, no Perimeter Institute for Theoretical Phisycs, e de ter passado ainda uns meses na Universidade da Califórnia. Elaborou um projecto, submeteu-o ao programa Marie Curie e ganhou. O resultado são as novidades que estabeleceu sobre buracos negros, juntamente com Roberto Emparan, sobre as quais a edição de Março da revista Projects, da UE, fez um artigo.

Depois de Barcelona, Óscar Dias mudou-se, em Fevereiro, para Cambridge. Ganhou um segundo projecto Marie Curie para continuar as suas pesquisas teóricas sobre buracos negros e, durante os próximos dois anos, ficará ali a trabalhar com o físico Harvey Reall, no Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica, dirigido pelo famoso Stephen Hawking, um dos "pais" dos buracos negros.

Aplicando a mesma metodologia, o investigador pretende agora caracterizar estatisticamente a termodinâmica dos buracos negros. Com muita massa, estes objectos têm, paradoxalmente, uma temperatura muito baixa e emitem muito pouca radiação. "Queremos compreender a origem desta temperatura", conclui Óscar Dias.

(DN)

Particle physics: The race to break the standard model : Nature News

Particle physics: The race to break the standard model : Nature News: "Particle physics: The race to break the standard model"

Separated at birth. Experiments showed that photons sent from a common source to two Swiss villages 18 kilometers apart retained their quantum connection.

…afinal, não perdi tempo, a tentar compreender o mundo quântico!

Vai-se definindo cada vez mais a sua existência...eh..eh..eh..

Credit: NASA

Quantum Physics Gets "Spooky"

By Phil Berardelli

ScienceNOW Daily News

13 August 2008

This might be a rare case about which Einstein was wrong. More than 60 years ago, the great physicist scoffed at the idea that anything could travel faster than light, even though quantum mechanics had suggested such a condition. Now four Swiss researchers have brought the possibility closer to reality. Testing a concept called "spooky action at a distance"--a phrase used by Einstein in criticizing the phenomenon--they have shown that two subatomic particles can communicate nearly instantaneously, even if they are separated by cosmic distances.

Alice's Wonderland had nothing on quantum physics, which describes a bizarre state of matter and energy. Not only can the same atom exist in two locations at once, but merely attempting to observe a particle will alter its properties. Perhaps least intuitive is the characteristic called entanglement. As described by quantum mechanics, it means that two entangled particles can keep tabs on each other no matter how far apart they are. Physicists have been trying for decades to determine whether this property is real and what might cause it. In the process, they've uncovered evidence for it but not much about its properties.

Physicist Nicolas Gisin and colleagues at the University of Geneva in Switzerland split off pairs of quantum-entangled photons and sent them from the university's campus through two fiber-optic cables to two Swiss villages located 18 kilometers apart. Thinking of the photons like traffic lights, each passed through specially designed detectors that determined what "color" they were when entering the cable and what color they appeared to be when they reached the terminus. The experiments revealed two things: First, the physical properties of the photons changed identically during their journey, just as predicted by quantum theory--when one turned "red," so did the other. Second, there was no detectable time difference between when those changes occurred in the photons, as though an imaginary traffic controller had signaled them both.

The result, the team reports in tomorrow's issue of Nature, is that whatever was affecting the photons seems to have happened nearly instantaneously and that according to their calculations, the phenomenon influencing the particles had to be traveling at least 10,000 times faster than light. Given Einstein's standard speed limit on light traveling within conventional spacetime, the experiments show that entanglement might be controlled by something existing beyond it. Gisin says that once the scientific community "accepts that nature has this ability, we should try to create models that explain it."

Although the research doesn't demonstrate spooky action at a distance directly, it does provide "a lower boundary for the speed" necessary for the phenomenon, says theoretical physicist Martin Bojowald of Pennsylvania State University in State College. Cosmologist Sean Carroll of the California Institute of Technology in Pasadena says that it's "yet another experiment that tells us quantum mechanics is right" and that there "really is an intrinsic connection between entangled particles, not that some signal passes quickly between them when an observation is performed." And physicist Lorenza Viola of Dartmouth College says there's much more to be determined. "I am sure we are not finished unveiling what the quantum [effects] due to entanglement really are and how powerful they can be."