sábado, 24 de dezembro de 2011

Universo teve 10 dimensões no Big Bang

Um grupo de pesquisadores do High Energy Research Accelerator Organization (KEK), da Universidade de Shizuoka e da Universidade de Osaka revelou que o Universo nasceu com três dimensões espaciais a partir de dez dimensões descrita pela teoria das supercordas.

Universo Primordial

© NASA/Adolf Schaller (Universo Primordial)

A teoria das supercordas descreve que o espaço-tempo tem nove direções espaciais e um sentido temporal.

Segundo o "Modelo Padrão" na cosmologia, o Universo se originou de uma expansão de um ponto invisível minúsculo (singularidade). Esta teoria é fortemente apoiada pela observação da radiação cósmica de fundo e a abundância relativa de elementos. No entanto, uma situação em que o Universo é um ponto minúsculo excede o alcance da teoria geral da relatividade de Einstein, e por isso não foi possível confirmar como o Universo se originou.
Na teoria das supercordas, que é considerada a "teoria de tudo", todas as partículas elementares são representados como vários modos de oscilação das diminutas cordas. Entre os modos de oscilação, há um que corresponde a uma partícula que medeia a gravidade, e, portanto, a teoria geral da relatividade pode ser naturalmente estendida para a escala das partículas elementares.
Portanto, espera-se que a teoria das supercordas permita a investigação do nascimento do Universo. No entanto, o cálculo real tem sido difícil porque a interação entre as cordas é forte, por isso toda a investigação até agora tem sido restrita na indagação de vários modelos.
A teoria das supercordas prevê um espaço com nove dimensões, o que coloca o grande enigma de como isso pode ser consistente com o espaço tridimensional que nós vivemos.
Um grupo de três pesquisadores, Jun Nishimura (professor associado da KEK), Asato Tsuchiya (professor associado da Universidade de Shizuoka) e Sang-Woo Kim (pesquisador da Universidade de Osaka) conseguiu simular o nascimento do Universo, usando um supercomputador para cálculos com base na teoria das supercordas. Isso mostrou que o Universo teve nove dimensões espaciais no início, mas apenas três destas foram submetidas à expansão em algum ponto no tempo.
Neste estudo, a equipe estabeleceu um método para calcular as matrizes de grandes dimensões (no modelo de matriz IKKT), que representam as interações de cordas.

Nos primordios do Universo o espaço é de fato estendido em nove direções, mas, em seguida, em algum momento apenas três dessas direções começam a expandir-se rapidamente. Este resultado demonstra, pela primeira vez, que o espaço tridimensional emerge a partir do espaço nonodimensional que a teoria das supercordas prevê.
Este cálculo foi realizado por simulação numérica com auxílio do supercomputador Hitachi SR16000 do Instituto Yukawa de Física Teórica da Universidade de Kyoto, que possui um desempenho teórico de 90,3 TFLOPS (Teraflops).
O estabelecimento de um novo método para analisar a teoria das supercordas por intermédio de computadores abre a possibilidade de aplicar essa teoria a diversos problemas. Por exemplo, agora deve ser possível fornecer uma compreensão teórica da inflação que se acredita ter ocorrido no início do Universo, e também a expansão acelerada do Universo.

Espera-se que a teoria das supercordas continuará evoluindo e desempenhando um papel importante na resolução de problemas em física de partículas, tais como a existência da matéria escura que é sugerida por observações cosmológicas, e a partícula de Higgs, que está prestes a ser descoberta pelos experimentos do LHC.

Fonte: High Energy Research Accelerator Organization

quinta-feira, 22 de dezembro de 2011

Descoberta nova partícula subatômica

O Grande Colisor de Hádrons (LHC), acelerador de partículas engajado na busca pelo bóson de Higgs, encontrou uma variedade mais pesada de uma partícula subatômica descoberta inicialmente um quarto de século atrás.

This is an offline reconstructed event from the GRID, showing tracks from the Inner Tracking System and the Time Projection Chamber of ALICE.

© LHC (íons pesados gerados no LHC)

A nova partícula, um bóson denominado Chi-b(3P), foi descoberta por intermédio da colisão de prótons.

Mas embora não se acredite que o bóson de Higgs seja feito de partículas menores, o Chi-b(3P) compreende duas partículas relativamente pesadas: o quark bottom e seu antiquark. Eles são ligados pela denominada força forte, que também faz os núcleos atômicos ficarem unidos. A Chi-b(3P) é uma versão mais pesada de uma partícula observada pela primeira vez cerca de 25 anos atrás.

A Chi-b(3P) é uma partícula que foi prevista por muitos teóricos, mas não foi observada em experimentos anteriores.

Correntes de prótons são disparadas em direções opostas e paralelas no túnel. Os feixes são, então, subjugados por poderosos ímãs de forma que alguns dos prótons colidam, alinhados com detectores para registrar os destroços subatômicos resultantes.

A teoria por trás do bóson é que a massa não deriva das partículas. Ao invés disso, vem de um bóson que interage fortemente com algumas partículas e menos, quando interage, com outras. Encontrar a Chi-b(3P) será um teste futuro para a potência do LHC, que se tornou o maior colisor de partículas do mundo, quando foi concluído, em 2008.

"Nossas novas medições são uma grande forma de testar cálculos teóricos das forças que atuam em partículas fundamentais, e nos levará mais perto do entendimento de como o Universo se mantém unido", explicou Miriam Watson, cientista britânica que trabalha na pesquisa com o CHi-b(3P).

A massa do Chi-b(3P) ou cb(3P) é de cerca de 10,5 GeV. Os outros dois estados, detectados previamente em outras experiências de colisão de partículas, são os estados cb(1P) e cb(2P) com massas de 9,90 e 10,26 GeV respectivamente.

Fonte: CERN

quarta-feira, 14 de dezembro de 2011

Sinais da existência do bóson de Higgs

A organização europeia para a pesquisa nuclear CERN, através dos experimentos ATLAS e CMS no LHC (Large Hadron Collider) divulgou sinais da existência do bóson de Higgs.

representação de sinal da existência do bóson de Higgs

© CERN (representação de sinal da existência do bóson de Higgs)

Seus resultados são baseados na recente análise de dados, mas não o suficiente para fazer qualquer declaração conclusiva sobre a existência ou não da elusiva partícula de Higgs. A principal conclusão é que de acordo com o Modelo Padrão para o bóson de Higgs existir, é mais provável que possua uma massa restrita à faixa de 116-130 GeV (gigaelétron-volt) pelo experimento ATLAS e 115-127 GeV pelo experimento CMS. Foram vistos picos de energia nestas regiões em ambos os experimentos na região de massa propícia, mas estes ainda não são relevantes o bastante para reivindicar uma descoberta.
O modelo padrão da física de partículas implica na existência do chamado Campo de Higgs que permeia todo o espaço. As partículas que interagem com este campo mais fortemente experimentam uma resistência maior ao seu movimento e por isso parecem mais pesadas. Algumas partículas, porém, como os fótons não interagem com o campo e por isso não possuem massa.

Os bósons de Higgs, se eles existem, têm uma vida muito curta e podem decair de diferentes maneiras. Caso seja produzido a partir das bilhões de colisões no LHC, o bóson rapidamente se transformará em partículas de massa menor e mais estáveis. Serão essas partículas os indícios que poderão comprovar a sua existência, que aparecerão como ligeiras variações em gráficos produzidos pelos detectores.

Dados do ATLAS e do CMS foram analisados em alguns canais de decaimento, e os experimentos puderam gerar pequenos excessos na região de baixa massa que ainda não foram excluídos.

Porém, nenhum desses excessos observados possuem um significado estatístico razoável. Entretanto, foram encontradas evidências da existência da partícula no intervalo de massa entre 124 e 126 GeV - cerca de 130 vezes mais pesado do que os prótons encontrados no núcleo dos átomos. É muito cedo ainda para dizer se o ATLAS e o CMS descobriram o bóson de Higgs, mas algumas conclusões e números apresentados proporcionaram grande interesse da comunidade da física de partículas.

O excesso de massa encontrado em torno de 125 GeV pode caracterizar a existência do bóson de Higgs, mas também poderia ser uma flutuação.

Não pode ser excluída também a presença da partícula entre 115 e 127 GeV por causa de modestos eventos de excesso de massa nessa região. O Modelo Padrão é a teoria que descreve o comportamento das partículas fundamentais e as forças que atuam entre elas. Esse modelo descreve a matéria ordinária, a matéria constituinte do nosso Universo visível. Porém o Modelo Padrão não descreve 96% do Universo que é invisível (matéria escura e energia escura). Um dos principais objetivos do programa de pesquisa do LHC é ir além do Modelo Padrão, e o bóson de Higgs é fundamental para ultrapassar essa fronteira.

O Modelo Padrão de Higgs confirmaria uma teoria colocada na década de 1960, mas existem outras formas possíveis que o bóson de Higgs poderia existir integrando teorias e indo além do Modelo Padrão. Este modelo poderia ainda apontar o caminho para uma nova física, através de sutilezas nesse comportamento que só emergiriam depois de se estudar uma grande quantidade de decaimentos de partículas de Higgs.

Caso se comprove que o Bóson de Higgs não exista, a teoria do Modelo Padrão teria de ser reescrita. Isso poderia abrir caminho para novas linhas de pesquisa, que poderão se tornar revolucionárias na compreensão do Universo.

Fonte: CERN

sexta-feira, 2 de dezembro de 2011

Neutrinos roubam a cena mais uma vez

Os neutrinos voltam à cena com os primeiros resultados do experimento Double Chooz, colaboração internacional, com participação brasileira, que tem por objetivo observar o seu estranho comportamento.

ilustração do sumiço dos neutrinos

© Fermilab (ilustração do sumiço dos neutrinos)

O experimento mostrou, com sucesso, o curioso desaparecimento de neutrinos e conseguiu encontrar um valor para o parâmetro físico que explica esse fenômeno.

Neutrinos são partículas subatômicas sem carga que de tão pequenas conseguem passar através de sólidos sem causar alterações. De fato, somos atravessados por neutrinos emitidos pelo Sol toda hora.

Existem três tipos de neutrinos: os do elétron, do tau e do múon. Recentemente, descobriu-se que essas partículas têm a curiosa propriedade de se transformar uma na outra durante sua propagação.

Os neutrinos também são produzidos, artificialmente, durante a fissão do urânio em reatores nucleares ou em aceleradores, como o LHC (Grande Colisor de Hádrons). Desde março deste ano, um detector de neutrinos do elétron está em funcionamento na usina de Chooz, na França, medindo as partículas que são emitidas e as que chegam a 1 km do reator.

usina nuclear de Chooz

© Double Chooz (usina nuclear de Chooz)

Depois de 100 dias de medição, os pesquisadores envolvidos no projeto observaram o desaparecimento dos neutrinos do elétron, o que significa que, em sua viagem do reator até o ponto onde está localizado o detector, eles devem ter se transformado em neutrinos do tau ou do múon, não identificáveis pelo equipamento usado.

Em reunião realizada no Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) em outubro, pesquisadores do mundo inteiro compararam a quantidade de partículas emitidas pelo reator com o número de partículas que sumiram e chegaram ao valor mais preciso já obtido até hoje para o chamado “ângulo de mistura teta 13” (lê-se ‘um três’), um importante parâmetro envolvido na transformação dos neutrinos em curtas distâncias.

Alguns experimentos com aceleradores, como o japonês T2K, recentemente sugeriram valores para o teta 13, mas não com a precisão de 92% obtida pelo Double Chooz. “Quando falamos desse ângulo de mistura, estamos falando de medir algo muito pequeno, por isso sempre foi muito difícil encontrar esse valor”, conta o físico João dos Anjos, coordenador da equipe do CBPF no projeto.

A medida precisa do teta 13 é necessária para se chegar ao valor de outra incógnita de nome complicado na física de partículas, a chamada violação de carga paridade, que pode ajudar a explicar o mistério do sumiço da antimatéria, prevista na teoria do Big Bang sobre a origem do Universo.

E o fim desse mistério pode estar próximo. Em meados do ano que vem, o Double Chooz já terá um ano inteiro de medições, o que pode tornar o valor de teta 13 mais preciso ainda.

A medida do teta 13 é necessária para se chegar ao valor de uma incógnita da física que pode ajudar a explicar o mistério do sumiço da antimatéria

Esses resultados devem ser apresentados durante o congresso de Neutrinos 2012 em julho, em Tóquio, Japão, e espera-se que eles ajudem os pesquisadores do experimento T2K a encontrar o valor do parâmetro que pode explicar o sumiço da antimatéria.

Fonte: Ciência Hoje