Premio Nobel de Física de 2013 vai para a previsão do Bóson de Higgs

Como tem sido divulgado  ao longo dessa semana o premio Nobel de 2013 foi concedido aos cientistas: François Englert e Peter Higgs pela teoria que preve a existência do campo de Higgs e sua partícula correspondente, o bóson de Higgs, também apelidado de partícula de Deus, detectado no ano passado no grande acelerador de partículas LHC.

Como já tinha escrito dois post sobre o assunto acho melhor colocá-los aqui novamente ao inves de ficar repetindo o que já disse.

Os post não sao tão grandes e pretendem dar uma ideia do que seja um bóson, do que seja o boson de Higgs, de que porque ela é apelidado de partícula de Deus e qual a importância dele para a física. Espero que eles possam ajudar a esclarecer um pouco.

O primeiro post foi feito em 2012, antes do anuncio da descoberta e o segundo logo após o anuncio.

Seguem os links (basta clicar no titulo):

Boson de Higgs – a busca pela partícula de Deus

Partícula de Deus – Ciência do Homem

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Nobel de Física desse ano vai para descobridores da energia escura

Ganhadores do premio Nobel de Física de 2011, os norte-americanos Saul Permutter, Adam Riess e Brian Schmidt

No dia 22 de agosto publiquei um post que mencionava que cientistas brasileiros estavam questionando o modelo cosmológico mais aceito, o da energia escura:

Post sobre energia escura

Nesse post tentei explicar que isso não significa que o modelo está errado, argumentei que a ciência não é algo pronto e acabado e que a todo tempo, teorias rivais convivem juntas, uma tentando superar a outra. Só o tempo e os dados experimentais podem dizer qual sairá vencedora, se é que existe um vencedor.

Apesar da contestação dos cientistas brasileiros, o modelo que descobriu a energia escura foi premiada nesse ano com a maior condecoração da física, o premio Nobel. Os cientistas americanos: Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess foram informados em outubro que vão dividir o premio pela descoberta feita em 1998 de que o universo está em expansão em um ritmo acelerado.

Entender o que é a expansão acelerada do universo não é uma tarefa fácil. A começar da complexidade do que é o espaço. Os alunos sempre me perguntam: “mas está se expandindo pra onde? Se o universo é o todo que conhecemos, o que está além dele?”

Mas não precisamos entrar em uma questão tão filosófica como essa da natureza do espaço, a dificuldade está até mesmo em entender o que é aceleração.

A maioria das pessoas confunde aceleração com velocidade. Costumeiramente usamos a apalavra acelerar para dizer que estamos aumentando a velocidade, isso está correto, mas se digo aos meus alunos que estou diminuindo a aceleração, a maioria pensa em diminuição de velocidade, o que não é verdade. Enquanto houver aceleração, agindo no mesmo sentido da velocidade, ela sempre provocará aumento dessa velocidade. Diminuir a aceleração nesse caso, é diminuir a taxa de aumento. Por exemplo,  se você tem uma divida de 1000 reais a uma taxa de juros de 1%, ao mês significa que sua divida aumentará 10 reais no primeiro mês; 10 reais e 10 centavos no segundo, 10 reais e 20 centavos no terceiro e assim por diante. Se a taxa de juros diminuir para 0,5% ao mês, a divida continuará a AUMENTAR mas por um fator menor, supondo uma divida de 1000 reais, teremos 5 reais a mais no primeiro mês; 5 reais e 2,5 centavos no segundo e assim por diante, sempre aumentando a divida. Esse exemplo econômico não foi da área da física, mas a ideia é a mesma. A taxa de juros é comparada a velocidade, e a mudança da taxa de juros seria a aceleração.

O “maior erro” de Einstein

O modelo do Big Bang é o modelo científico mais aceito para a explicação de como o universo se formou. Baseia-se nas equações da Teoria da Relatividade de Albert Einstein e conta com diversas provas experimentais. A expansão do universo é uma predição da teoria, mas o próprio Einstein acreditava que o universo era estático e por isso alterou suas equações acrescentando um termo, que ele chamou de constante cosmológica. O papel dessa constante era o de proporcionar uma força de repulsão, para contrabalançar a atração gravitacional.

Em 1929 o astrônomo Edwin Hubble observou que quase todas as galáxias estão se afastando umas das outras e mais que isso, a velocidade de afastamento é maior, quanto mais distante uma galáxia está da outra. Resumindo, o universo estaria se expandindo. Ao saber disso, Einstein disse que cometeu o maior erro de sua vida, pois poderia ter previsto essa expansão com base apenas em sua teoria. Assim ele retirou a constante cosmológica das equações.

Ironicamente, com  o trabalho de 1998, os americanos que agora ganharam o premio Nobel, descobriram também através de observações astronômicas, que a aceleração do universo não está diminuindo  como seria o previsto, ao contrário, está aumentando. Mas o que estaria provocando esta aceleração? Os cientistas então se valeram da constante cosmológica de Einstein, considerada por ele seu maior erro, para incluir um termo de anti-gravidade, responsável por essa expansão. Nascia assim o conceito de energia escura, algo que não sabemos o que é, mas que além de ser responsável pela expansão acelerada do universo, compreende mais de 70% do universo.

A premiação máxima recebida pelos americanos não significa que a energia escura realmente exista. No outro post, procurei explicar como a ciência funciona, que ela não trabalha com verdades absolutas, mas sim com modelos explicativos. A premiação vem coroar um modelo que está funcionando por mais de 13 anos. Não se trata de uma explicação simples, trata-se de um dos maiores enigmas da ciência atual. Afinal dar um nome, energia escura, não explica muita coisa. De onde vem essa energia? Porque ela existe? O que aconteceria se ela não existisse? Se mais de 70% do universo é formado por ela, porque sabemos tão pouco a seu respeito?

Como sempre acontece na história da ciência a descoberta da expansão acelerada do universo, trouxe muito mais questões do que certezas. Essa é a graça da ciência. A felicidade de uma descoberta dura muito pouco, só o tempo de fecundação da curiosidade das novas questões levantadas.

Nobel de física – Grafeno? Mas o que é isso?

Em 2002 a atriz americana Halle Berry venceu o Oscar de melhor atriz, pelo filme “A última ceia (Monster´s Ball)”,  tornando-se a primeira mulher negra a receber o prêmio principal. Mas em 2005 a mesma atriz foi agraciada com o Framboesa de Ouro (Razzie Awards), uma paródia do Oscar, que premia os piores filmes, atores, atrizes e diretores do ano, o filme em questão foi “Mulher gato  (Catwoman)” .

O físico russo Andre Geim passou por algo parecido, mas ao contrário. Em 2000 ele recebeu o prêmio IgNobel, uma sátira do Nobel que premia as pesquisas cientificas mais estranhas e bizarras do ano. Geim foi laureado por um trabalho onde mostra que mesmo substâncias não magnéticas podem ser levitadas em fortes campos magnéticos, para provar isso ele fez um sapo levitar.

Andre Geim (a esquerda) e Konstantin Novoselov

Agora em 2010 Geim e outro russo, Konstantin Novoselov, receberam o prêmio Nobel de física pelos seus trabalhos com o Grafeno.

O Grafeno é a nova menina dos olhos, não só dos físicos, mas também de todos que estão envolvidos com a tecnologia da microeletrônica e dos novos materiais. Assim como o transistor de silício substituiu a válvula, o grafeno promete substituir o silício.

No dia 13 de setembro publiquei aqui um post chamado “Brasil possui curso de engenharia em nanotecnologia”, nele eu tento explicar o que é nanotecnologia, a ciência do muito pequeno, e como essa nova técnica científica está revolucionando a produção de novos materiais. Entre eles destacam-se os famosos nanotubos de carbono e agora o grafeno.

Os nanotubos de carbono são tubos formados somente com átomos de carbono, com espessura de um único átomo. Se abrirmos um nanotubo teremos o grafeno, uma superfície plana, formada por átomos de carbono ligados numa estrutura hexagonal. O modelo estrutural assemelha-se a uma tela de galinheiro, mas só que a espessura dessa folha de carbono é de apenas um átomo.

 As propriedades do grafeno são tão notáveis que parece até ficção científica. Além de ser o material mais resistente que existe (pelo menos que o homem tenha conseguido medir), é um excelente condutor elétrico e térmico. É praticamente transparente, mas tão denso que nem o gás Hélio consegue atravessá-lo. Sua resistência é cerca de 200 vezes a do aço estrutural. Com o grafeno foi possível quebrar todos os Recordes dos melhores transistores fabricados, os mais rápidos, os menores e o mais finos já produzidos.

estrutura do grafeno

No ano passado o rápido avanço nas pesquisas do material permitia estimar que um chip de grafeno poderia atingir a freqüência de 1 THz (um tera Hertz = 10¹² ciclos por segundos). No início desse ano novos métodos de obtenção do grafeno foram conseguidos, dessa forma não está longe a obtenção desse material em escala industrial, o que vai ocasionar uma verdadeira revolução tecnológica. Essa revolução se dará em componentes eletrônicos, telas sensíveis ao toque, LEDs orgânicos,  processadores mais rápidos e quiçá, mais baratos. Isso tudo num primeiro momento, mas isso será apenas o começo, pois como se trata de um novo material que serve de base para a construção de equipamentos, fica dificil imaginar o alcance das novidades.  Ainda nesse mês foi anunciada mais uma nova técnica de obtenção do mesmo, agora por uma equipe americana (a anterior era japonesa).

Outra utilidade do grafeno, está na possibilidade de uso de suas folhas no armazenamento de hidrogênio na forma sólida. O hidrogênio é um gás altamente explosivo e por esse motivo usá-lo na forma gasosa é extremamente perigoso, principalmente em tanques de automóveis. Já no estado sólido, não há o risco de explosão. Vários são os metais que armazenam hidrogênio na forma sólida, como o titânio, zircônio, vanádio, paládio e suas ligas. Ao absorver o hidrogênio eles formam compostos chamados hidretos metálicos. O problema é que praticamente todos eles exigem uma temperatura muito alta para a liberação do hidrogênio, além disso, esses materiais são pesados. O grafeno além de extremamente leve, permite a absorção e liberação do hidrogênio com vantagens em relação aos hidretos metálicos, para isso é necessário misturar ao grafeno oxigênio, oxidando as folhas de carbono. Isso pode tornar os carros movidos a hidrogênio mais baratos e viáveis.

Com todas essas propriedades, não é a toa que o grafeno tenha se tornado a bola da vez, e isso talvez explique um prêmio Nobel tão cedo. O grafeno foi descoberto em 2004, portanto em menos de 6 anos seus descobridores já foram agraciados com o maior prêmio das ciências, 10 milhões de coroas suecas (cerca de R$ 2,5 milhões). Só para efeito de comparação Einstein publicou seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico em 1905 e recebeu o prêmio Nobel em 1921 por este trabalho. O Nobel de 2009 premiou três cientistas independentes, por trabalhos desenvolvidos na década de 60.

O artigo Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films (doi: 10.1126/science.1102896), de Novoselov, Geim e outros, pode ser lido por assinantes da Science em www.sciencemag.org.

Bibliografia:

 Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films
K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov
Science
22 October 2004
Vol.: 306. no. 5696, pp. 666 – 669
DOI: 10.1126/science.1102896

http://www.agencia.fapesp.br/materia/12875/especiais/nobel-de-fisica-vai-para-pesquisa-com-grafeno.htm

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nobel-fisica-grafeno&id=010160101005&ebol=sim