Cadê a Susy?

O LHCb, um dos cinco detectores do Large Hadron Collider, acabou de anunciar o resultado da coleta de dados do decaimento de méson Bs (mésons compostos de um anti-quark bottom e um quark strange) num par de múons. Esse decaimento é extremamente raro, três eventos a cada bilhão de decaimentos, mas foi finalmente observado depois de 30 anos de pesquisa.  As medidas são compatíveis com as previsões do modelo padrão das partículas elementares e esse é o problema. A descoberta de uma taxa de decaimento diferente daquele antecipado pelo modelo padrão seria um sinal claro de que algo além do modelo padrão estaria se manifestando. Muitos esperavam encontrar um sinal da supersimetria nesses dados e isso não aconteceu. A consequência é uma guerra na mídia entre os que apoiam a supersimetria e aquelas que a detestam. Veja a BBC, New Scientist e alguns blogs. É claro que ainda é muito cedo para descartar a supersimetria mas o espaço para ela está diminuindo como era esperado com o anúncio de novos dados experimentais. Além disso, é necessário aguardar a confirmação dessa descoberta pelo CMS, o que deverá ocorrer dentro de alguns meses.

Novo Tipo de Raios Cósmicos Descoberto no Centenário dos Raios Cósmicos

Raios cósmicos

Os raios cósmicos foram descobertos há um século atrás pelo físico austríaco Victor Franz Hess. Quando a radiação natural era medida com um contador Geiger verificava-se que ela diminuía com a altitude. Experiências feitas em Paris mostravam que a radiação no topo da torre Eiffell era menor no que na sua base. Para tentar compreender o que acontecia foram lançados balões para medir a radiação em altitudes cada vez maiores. A partir de uma certa altitude a radiação aumentava fortemente de forma que não poderia provir da Terra. Hess concluiu que essa radiação tinha origem no espaço extra-terrestre e deu a ela o nome de raios cósmicos. As pesquisas em física moderna no Brasil foram iniciadas precisamente com o estudo de raios cósmicos  na USP e no Rio de Janeiro.

Hoje em dia sabe-se precisamente qual a origem dos raios cósmicos mais energéticos. Quando certas estrelas chegam ao final de sua vida e explodem tornam-se supernovas. A matéria da estrela é ejetada com velocidades supersônicas produzindo ondas de choque que aceleram núcleos atômicos. Esses núcleos altamente energéticos viajam pelo espaço até chegar na atmosfera terrestre onde colidem com a alta atmosfera produzindo uma radiação intensa.

Os raios cósmicos de baixa energia não são detectados na Terra porque o vento solar impedem que eles entrem na heliosfera. Por isso as propriedades químicas e o fluxo desses raios cósmicos são poucos conhecidos apesar de haver vários indícios de que eles tem um papel importante na ionização e aquecimento de nuvens interestelares densas e possivelmente na formação de estrelas.

XMM-Newton

Usando o satélite europeu de raios-X XMM-Newton, pesquisadores do CNRS e CEA descobriram uma nova fonte de raios cósmicos na vizinha do aglomerado de Arches no centro da Via Láctea. Eles foram produzidos através da aceleração devido às ondas de choque geradas por milhares de estrelas jovens que possuem velocidades ao redor de 700.000 Km/h. A colisão dos raios cósmicos com o gás interestelar produzem raios-X típicos que foram detectados pelo XXM-Newton.

É a primeira vez que uma fonte de raios cósmicos de baixa energia é descoberto fora do sistema solar. Mostra que as ondas de choque de supernovas não são a única maneira de produzir a aceleração de núcleos atômicos na nossa galáxia. Isso indica que é possível identificar novas fontes de íons no meio interestelar e pode levar a uma melhor compreensão do papel dessa partículas na formação de estrelas.

O Prêmio Nobel de Física de 2012

David J. Wineland

Serge Haroche

O prêmio Nobel de física de 2012 foi concedido à Serge Haroche do Collége de France e David J. Wineland do NIST e da Universidade do Colorado em Boulder, pelo desenvolvimento de técnicas experimentais que permitiram a manipulação e medidas de sistemas quânticos individuais. Essencialmente eles provaram experimentalmente, que o princípio da superposição, um dos postulados básicos da mecânica quântica, é válido. Para isso prepararam sistemas quânticos numa superposição linear de estados e mostraram como é possível analisar tais estados experimentalmente. Wineland ficou famoso por suas técnicas de resfriamento de íons com o uso de laser para formar uma armadilha de quadrupolo, para a preparação de estados emaranhados. Haroche é conhecido por ser  capaz de colocar fótons em caixas com espelhos nos quais os fótons são refletidos bilhões de vezes antes de serem absorvidos e dessa forma medir o emaranhamento dos fótons com os átomos e a decoerência quântica. Esses são aspectos fundamentais da mecânica quântica que algum dia poderão ser aplicados na construção de um computador quântico. O Serge Haroche deu um colóquio muito bom sobre processos decoerência aqui no Instituto de Física da USP em 2011. Para assistir o vídeo clique aqui.

Muita gente estava pensando que o Nobel deste ano iria para a descoberta do Higgs. Acontece que a indicação para o prêmio Nobel sempre encerra-se no início do ano e em 2012 foi terminada em fevereiro, antes da descoberta. Mas para o próxima ano o Higgs é um concorrente muito forte.

Naturalidade, Constante Cosmológica e Higgs

Os físicos começam a suspeitar que algo não vai bem quando os parâmetros de uma teoria possuem valores relativos muito diferentes de 1. Isso não é natural. É claro que não há um meio de quantificar a naturalidade e é apenas uma maneira de expressar a nossa insatisfação com algo que desconhecemos. Um exemplo típico é a constante cosmológica. A expansão acelerada do Universo é causada por um mecanismo ainda desconhecido e que é chamado de energia escura. Uma possível causa para a energia escura seria a presença da constante cosmológica nas equações de Einstein da relatividade geral. Essa constante dá origem a uma expansão acelerada para o Universo. O valor da constante cosmológica determinada pelas experiências é muito pequeno e se o expressarmos em termos de unidades de Planck (onde a velocidade da luz é 1, a constante de Planck é 1, e a constante da gravitação universal de Newton também é 1) o seu valor é 1/10¹²². Esse valor é muito pequeno, muito próximo de zero, e não é natural. Além disso, se calcularmos o valor da constante cosmológica na teoria quântica de campos, levando em conta as flutuações quânticas do vácuo, encontraríamos o valor 1, que é natural. A discrepância entre o valor teórico e o valor experimental é  enorme: 10¹²², talvez a maior discrepância entre teoria e experimento já encontrado na física. Este é o problema da constante cosmológica e que ainda não foi solucionado.

A massa do bóson de Higgs, determinada pelo LHC, é de cerca de 125 GeV, que em unidades de Planck resulta em 1/10¹⁷ que é um número muito pequeno, mas não tão pequeno quanto a constante cosmológica. Porém, se levarmos em conta as flutuações quânticas do vácuo na teoria quântica de campos, o valor que encontramos é 1. Novamente temos um problema de naturalidade. Diferentemente do que acontece com a constante cosmológica, há uma maneira de explicar esse valor pequeno da massa do Higgs: a supersimetria. Nas teorias supersimétricas, que contém tanto bósons (partículas de spin inteiro) quanto férmions (partículas com spin semi-inteiro), ocorre um cancelamento das flutuações quânticas entre bósons e férmions. Isso significa que a massa do Higgs não deve ser 1 mas pode ter qualquer valor. Entretanto, a supersimetria prevê a existência de uma quantidade enorme de outras partículas, que foram procuradas no LHC, e até agora ainda não foram encontradas. Por um lado necessitamos da supersimetria para garantir que a massa do Higgs seja pequena, mas por outro lado, não encontramos partículas supersimétricas! Mais um problema a procura de solução na física. Um artigo publicado hoje no The Guardian comenta o assunto.

Novo Site de Cordas

Recentemente foi lançado um novo site sobre cordas: Why String Theory, na Universidade de Oxford. É um site para divulgação científica feito por um pesquisador da área e com a ajuda de estudantes de graduação. Os textos, em inglês, são claros e compreensíveis. Boa diversão!