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!

Colóquio: A busca pelo bóson de Higgs

O colóquio desta semana do Convite à Física será sobre o bóson de Higgs e será ministrado pelo prof. Sérgio Novaes na UNESP. Ele faz parte do CMS, um dos experimentos do LHC, e é  um dos responsáveis pela implementação de um grid (um sistema distribuído de computação) para análise dos dados do LHC, no Brasil. O colóquio será nesta quarta, dia 8 de agosto, às 18 hs e vai ser transmitido pela internet.  Será uma ótima oportunidade para conhecer mais detalhes desta história fascinante.

Curiosity chega a Marte

Após a aterrissagem espetacular, o Curiosity envia suas primeiras imagens de Marte, em preto e branco de 512x512 pixels. Mais detalhes no site da Nasa.