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Aceleradores de partículas são laboratórios gigantes. Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos – como prótons e elétrons – são aceleradas a velocidades próximas à da luz para que elas possam bombardear núcleos atômicos estáveis. Se você quer saber um pouco mais, leia o artigo que escrevemos sobre os aceleradores de partículas e o que eles fazem. Mas depois volta pra cá, ok?

No ano de 2008, o mundo inteiro voltou a sua atenção para o maior acelerador de partículas do mundo, o LHC. O gigante de 27 km de circunferência e 8,6 km de diâmetro tenta usar a tecnologia para recriar um ambiente semelhante ao do início do Universo. Com ele, a ciência já detectou o bóson de Higs – a partícula sub-atômica que confere massa a quarks e elétrons (sem ele, não seriam formados os átomos, e o Universo seria só um monte de partículas flutuando por aí).

É bem difícil imaginar a dimensão e a importância disso tudo. A boa notícia é que o canal britânico de televisão BCC produziu um vídeo em 360 graus dentro do acelerador e você pode dar uma voltinha em um dos lugares mais importantes para a ciência moderna!

O vídeo de cerca de três minutos explica algumas características do acelerador, em inglês, mas mesmo para quem não entende a língua, o passeio pelas instalações é bem simples: basta clicar no vídeo e utilizar o mouse para arrastar e virar para o lado que desejar. Você também pode usar as setas para girar a câmera. Aproveite o passeio!

Se assim como nós, você também fica fascinado com essas estruturas, vai adorar conhecer histórias e saber como é trabalhar dentro de um acelerador. Isto, porque já entrevistamos brasileiros que trabalham em aceleradores de partículas pelo mundo, vem ler:

 

 – Conheça o jaraguaense que trabalha com aceleradores de partículas na Suécia.

- O brasileiro que está há 17 anos trabalhando com aceleradores na Suíça.

Entrevista

Conheça o jaraguaense que trabalha com aceleradores de partículas na Suécia

O avanço da tecnologia exige ferramentas cada vez melhores, já falamos aqui sobre os tipos de aceleradores de partículas e…

21 de setembro de 2018
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O avanço da tecnologia exige ferramentas cada vez melhores, já falamos aqui sobre os tipos de aceleradores de partículas e como existem profissionais em laboratórios gigantescos, descobrindo coisas sobre nossa saúde, existência e matéria. Algo comum para pesquisadores, porém um mistério para a população em geral. Mas não para o jaraguaense Rafael Baron, com quem tivemos uma conversa super inspiradora que você poderá ler logo abaixo.

O Rafael foi o primeiro funcionário dedicado ao projeto Sirius, laboratório de aceleradores de elétrons de Campinas, um dos mais sofisticados do planeta. Hoje, o engenheiro de Jaraguá do Sul trabalha na Suécia, no European Spallation Source ERIC (ESS), um dos maiores projetos de infraestrutura de ciência e tecnologia que está sendo construído atualmente. O projeto e a construção das instalações incluem o acelerador de prótons linear mais potente já construído.

Ficou curioso? Então embarque com a gente nessa viagem para dentro do ESS! Confira a entrevista exclusiva abaixo com o Rafael!

Museu WEG: Como você chegou até o European Spallation Source ERIC e como começou a trabalhar com aceleradores de partículas? É uma paixão antiga ou descobriu depois de alguma experiência?

Rafael: Essa é uma pergunta muito interessante, pois ela tem muita relação com minha vida e meus amigos de Jaraguá do Sul. Estudei praticamente a minha vida inteira no Colégio Jaraguá, e me lembro frequentemente de coisas que aprendi na escola, sejam estes ensinamentos para a vida ou ensinamentos técnicos. Sou muito grato a todos os meus colegas, professores, zeladores, guardas, o pessoal da cantina, etc. Todos foram muito importantes na formação.

“A minha relação inicial com a engenharia é estreitamente relacionada com a música.”

Eu sempre gostei muito de violão, então comecei a fazer um curso de música quando tinha aproximadamente 13 anos. Ao mesmo tempo, eu sempre gostei de vasculhar os equipamentos eletrônicos que tínhamos em casa. Até que um dia decidi fazer meu próprio amplificador de guitarra. E foi aí que tudo começou. Precisei visitar muitas vezes a biblioteca pública, a UNERJ, falar com diferentes pessoas, pesquisar muito sobre o assunto, e isso me fez aprender muito.

Além disso, uma pessoa muito importante nesta etapa foi um jaraguaense muito conhecido na região, o Sr. Zehnder. Eu lembro que, sempre que possível, eu visitava a loja de rádios e componentes eletrônicos aos sábados de manhã para conversar com seu Zehnder sobre amplificadores valvulados. Até que um dia ele me deu algumas válvulas velhas de rádio e eu iniciei o projeto de amplificador de guitarra valvulado.

Foi nessa época que aprendi muita coisa sobre sistemas eletrônicos. Quando não encontrava os componentes, transformadores e válvulas, eu ia até o lixão de Jaraguá (que ficava onde hoje é a Arena Jaraguá) para pegar componentes de rádios e televisões antigas. Aprendi muito com as pessoas que trabalhavam no lixão e pude também entender melhor as condições em que elas trabalhavam.

Depois de algum tempo, quando estava no terceiro ano do CEJA, eu estava muito em dúvida sobre qual área profissional seguir. Até que o pai de um amigo meu que trabalhava na WEG, Paulo Torri, me levou para uma visita na empresa. E foi aí que decidi realmente seguir a área de engenharia elétrica. Então comecei o curso na UDESC, em Joinville, mas ainda nos semestres iniciais passei no vestibular para a UNICAMP e decidi me mudar para Campinas (SP). Na UNICAMP, tive diversas oportunidades de trabalho e aprendizado, e foi no último ano de faculdade que eu consegui uma vaga para trabalhar com aceleradores, no Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS).

Após um ano trabalhando com uma bolsa de iniciação científica, fui contratado como o primeiro funcionário dedicado ao projeto Sirius, onde trabalhei numa equipe fantástica que desenvolve sistemas de diagnóstico para aceleradores. Portanto, o meu trabalho com aceleradores foi algo que eu descobri devido ao LNLS em Campinas, que me possibilitou conhecer pessoas de diversos aceleradores no mundo. Após algum tempo, recebi uma proposta de emprego do ESS, a qual aceitei.

Museu WEG: Você pode comentar como é o dia a dia no ESS?

Rafael: No ESS, trabalhamos diariamente com pessoas de diversas nacionalidades. O ESS é um projeto muito internacional, onde aproximadamente metade dos funcionários são suecos e a outra metade são de outras 49 nacionalidades. As minhas responsabilidades são relacionadas com uma atividade denominada Líder de Sistema de um tipo específico de sistema do acelerador, o Monitor de Posição de Feixe (BPM – Beam Position Monitor). A minha equipe trabalha com diferentes grupos do ESS, mas também temos parceiros em diferentes países europeus, como por exemplo, Alemanha, Espanha e Itália. Reuniões entre essas equipes são frequentes e diárias, onde decisões precisam ser tomadas rapidamente.

Os suecos têm um horário de trabalho que vai de 9 horas da manhã até as 17 horas, sendo muito raro ver pessoas no escritório após este horário. Porém, durante este período as atividades são intensas. É frequente precisar trabalhar com alguma pessoa e descobrir que ela está em uma licença de trabalho, seja para aprimoramento técnico (cursos) ou então em licença paternidade/maternidade. Na Suécia temos essa interessante política, onde os pais que tem um filho, podem tirar auxílio parental de até 480 dias, divididos entre o pai e a mãe, sendo o pai obrigado a tirar pelo menos 3 meses de licença. Desta maneira os pais dividem o tempo de cuidado da criança nos primeiros meses de vida.

Museu WEG: Quais os projetos mais legais que já participou ou que está participando?

Rafael: Eu trabalho com diversos projetos no ESS. Mas o mais interessante é o Monitor de Posição do Feixe, onde o sistema é responsável por monitorar a posição e velocidade do feixe de elétrons ao longo do acelerador de 600 metros. Neste sistema, o monitoramento do feixe de prótons, composto por milhares de pequenos pacotes de prótons viajando a uma velocidade próxima a velocidade da luz (aproximadamente 300.000 km/s), distanciados de 2.8 nanosegundos (um bilionésimo de segundo), e detectados a uma taxa de 100 milhões de vezes por segundo em 4 monitores simultâneos, sincronizados em intervalos de tempo da ordem de femtosegundos! É feito por 100 BPMs espalhados ao longo dos 600 metros de acelerador. O sistema é responsável por monitorar a posição do feixe de Prótons no acelerador e também por fazer a leitura e correção da energia do feixe de Prótons.

Imagem-RafaelFoto aérea do acelerador, que fica em um túnel linear no subsolo

– Para ver mais fotos do ESS, clique aqui.

– Se você tem curiosidade de saber como é o ESS por dentro (lembre-se que ele ainda está em construção), o Rafael sugere que você assista a esse vídeo.

Museu WEG: Para você, qual a importância de um laboratório de aceleradores de partículas para a população?

Rafael: Aceleradores de partículas estão diretamente e indiretamente presentes em nossas vidas, diariamente. Vou citar alguns exemplos: Se observarmos os componentes que temos dentro de nossos celulares, relógios, computadores e outros equipamentos eletrônicos, poderemos observar que eles são compostos por diversos dispositivos menores, baseados em materiais que apresentam uma característica denominada semicondutividade. Durante a fase de desenvolvimento e as etapas da produção destes materiais semicondutores, esses dispositivos passam por aceleradores de partículas dos mais variados tipos. Para desenvolver o semicondutor, aceleradores como o Sirius, são usados para observar a estrutura do material. Na produção dos semicondutores, aceleradores chamados de implantadores de íons são utilizados para tal função.

Outro exemplo: quando temos alguma pessoa de nossa família que está com câncer e precisa passar por uma etapa de radioterapia, mal sabem os pacientes que a fonte de radiação vem de um acelerador linear, utilizado para gerar e implantar a radiação na região afetada e assim matar as células cancerígenas. Outros tipos de tratamentos de câncer, utilizando aceleradores de prótons combinados com ressonância magnética nuclear, estão sendo atualmente utilizados em alguns hospitais e, talvez, em breve teremos aceleradores melhores para tratamento da doença. Quem sabe, teremos equipamentos brasileiros para esta finalidade. A engenharia brasileira é muito capaz de desenvolver estes equipamentos.

Outra aplicação presente diariamente em nossas vidas está relacionada ao desenvolvimento de remédios. Durante sua fase de projeto, alguns são submetidos à radiação gerada por aceleradores de partículas para visualização e engenharia de sua estrutura molecular.

Diversos outros exemplos são possíveis, sendo estes somente alguns poucos tipos de aceleradores e suas utilizações.

***

Incrível, não é mesmo? O Rafael começou a se interessar por engenharia quando decidiu criar seu próprio amplificador de guitarra e hoje trabalha em dos mais importantes projetos de infraestrutura de ciência e tecnologia do mundo!

Ele ainda ressaltou a importância de compartilhar a realidade do ESS entre as pessoas interessadas em aprender sobre a área. Saber com tantos detalhes sobre sua profissão, e como os aceleradores de partículas estão tão presentes em nossa vida, foi realmente inspirador.

Agradecemos ao Rafael Baron por compartilhar sua experiência e conhecimento com todos nós. Agora, sua história é motivo de orgulho e exemplo para todos os jaraguaenses.

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Conheça os tipos de aceleradores de partículas e o que eles fazem

Falamos aqui sobre o Projeto Sirius, um dos mais sofisticados aceleradores Síncrotron do planeta que está sendo construído em Campinas/SP….

Falamos aqui sobre o Projeto Sirius, um dos mais sofisticados aceleradores Síncrotron do planeta que está sendo construído em Campinas/SP. Mas hoje, vamos falar sobre os outros tipos de aceleradores de partículas. Afinal, o que eles fazem e qual a finalidade do seu uso por pesquisadores científicos?

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Simulação: Projeto Sirius

Apesar do conceito de “acelerar partículas” existir há muito tempo e de certo modo ser comum para pesquisadores, para a população em geral isso não passa de um mistério. Por isso, resolvemos falar um pouco mais sobre essa grande revolução no mundo da ciência.

Aceleradores de partículas
Eles são laboratórios gigantes. Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos – como prótons e elétrons – são aceleradas a velocidades próximas à da luz para que elas possam bombardear núcleos atômicos estáveis.

A utilização desse tipo de equipamento é muito importante, afinal de contas, somente com ele é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes menores que o átomo.

Existem diversos tipos de aceleradores de partículas, como: Aceleradores de elétrons (o Sirius e o Max IV), Colisores de Partículas (como o CERN) e os Aceleradores de Prótons (como o PSI e o ESS).

Aceleradores de Elétrons
Quando elétrons são acelerados até velocidades próximas a da luz e têm a sua trajetória desviada por um campo magnético, eles emitem uma luz com alto brilho que penetra a matéria e revela a estrutura atômica de materiais.

Atualmente, há um acelerador de elétrons instalado no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em Campinas/SP. Ele já serviu como base para milhares de pesquisas em áreas como medicina, biologia, química, física e ciências de materiais.

Colisores de Partículas
A Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo, localizado em Meyrin, na fronteira Franco-Suíça e o LHC também é um dos maiores.

Ele consiste em um amplo túnel circular, com uma circunferência de 27km, enterrado sob uma camada média de 100 metros de terra e rochas. O termo colisor diz respeito ao fato do aparato ser usado para acelerar prótons em direções opostas, para colidirem e mostrarem quais partículas resultam do processo.

Fonte da imagem: Reprodução/Neatorama

Fonte da imagem: Reprodução/Neatorama

Aceleradores de Prótons

Existe um laboratório de acelerador de prótons no ESS (European Spallation Source), e o PSI (Paul Scherrer Institut) que possui um Centro de Terapia de Prótons.

É interessante como este tipo de tecnologia promove o conhecimento em outras áreas. Os aceleradores de prótons são muito úteis para tratamentos de câncer. Muitos dos componentes utilizados em aceleradores de partículas também são aplicados em equipamentos de tomografia, em menor quantidade, tamanho e precisão do que em um acelerador de partículas, mas com construção e princípio de funcionamento muito próximos.

Ou seja, existem muitos profissionais e cientistas em laboratórios gigantescos de aceleradores de partículas pelo mundo que estão pesquisando e descobrindo coisas sobre a nossa saúde, sobre a nossa existência e sobre a matéria. O que é essencial para nossa constante evolução e para o descobrimento de curas para doenças, por exemplo.

Se você quiser saber mais sobre o projeto Sirius, laboratório de aceleradores de elétrons de Campinas, acesse aqui.

Fonte: Mundo Educação, Mundo Estranho e Neatorama

Luz

Por que nada pode viajar mais depressa que a luz?

Você já deve ter ouvido que nada é capaz de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Mas, por um breve momento, acreditou-se que sim.

Você já deve ter ouvido que nada é capaz de viajar mais rápido que a velocidade da luz. Mas, por um breve momento, acreditou-se que sim.

A teoria de que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo significa, basicamente, que nada pode ultrapassar os 299.792.458 metros por segundo ou arredondando, 300 mil km por segundo. Essa ideia foi proposta por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade, baseada em estudos anteriores de diversos cientistas para estabelecer que o limite de velocidade universal é o que a luz atinge quando se desloca pelo vazio do cosmos. Você sabe por quê?

 

Impossibilidade física

Isso nos leva à Teoria da Relatividade Especial de Albert Einstein, de 1905, que diz que a velocidade da luz é o que conecta o tempo e o espaço. Segundo o catedrático de Física Antonio Ruiz de Elvira, não é possível deslocar um objeto a uma velocidade superior à da luz porque, de forma simples e resumida, a única coisa capaz de mover uma partícula com massa é outra força que viaje a essa velocidade.

luz

Zunindo pelo vácuo (BBC)

De acordo com Antonio, o objeto “empurrado” acabaria ganhando massa quando submetido a grandes velocidades. E, considerando que o ganho aumentaria bastante conforme o corpo se aproximasse da velocidade da luz, isso interferiria em sua capacidade de deslocamento. Sendo assim, nenhum corpo pode viajar mais depressa do que a força que o empurra.

Segundo o que prevê a Teoria da Relatividade, o aumento de massa aconteceria rapidamente conforme a velocidade do objeto se aproximasse à da luz. E, quanto mais próximo desse limite o corpo chegasse, considerando que o ganho de massa aumentaria infinitamente, seria necessária uma força — também — infinita para que o objeto se elevasse à velocidade da luz.

A famosa equação de Einstein tem uma parte “menos lembrada”, que descreve como a massa de um objeto muda quando há movimento envolvido: E = mc² (Energia é igual a massa vezes a velocidade da luz ao quadrado). Na verdade, a equação completa é E²=(mc²)²+(pc)². A parte final é a que descreve como a massa do objeto muda quando há movimento envolvido.

 

Teoria ameaçada

Em 2011, foi anunciada uma descoberta que ameaçou anular tudo o que sabemos sobre a velocidade da luz, a Teoria da Relatividade e a física moderna!

Isso aconteceu na Suíça, quando físicos europeus conduziram um experimento chamado Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (Opera, na sigla em inglês), para estudar o fenômeno da oscilação de neutrinos. Diferentemente das partículas de luz, os neutrinos são partículas que possuem uma pequena quantidade de massa. Por isso, segundo a Teoria da Relatividade Especial de Einstein, deveriam viajar a uma velocidade menor que a da luz.

No entanto, naquele ano, o projeto chamou a atenção de toda a comunidade internacional quando anunciou a detecção de neutrinos se movimentando em uma velocidade superior à da luz, o que poderia revolucionar a Física moderna.

No entanto, tudo não passou de um mal entendido por causa de um cabo de um relógio digital em um laboratório, que estava mal conectado. Quando alguém percebeu e o conectou corretamente, tudo voltou à normalidade e ficou comprovado que os neutrinos estavam viajando a uma velocidade mais baixa que a da luz.

Toda a Física moderna foi questionada, portanto, por causa de um cabo de fibra ótica solto, que fez com que a passagem do tempo fosse registrada de maneira incorreta. Acredita?

Mas é assim que a ciência funciona e deve funcionar. Cientistas cometem erros e aprendem com eles. É preciso provas muito fortes para mudar os rumos da Física, e é a partir de testes, experimentações, erros e acertos que isso é possível — mesmo que leve séculos.

 

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6 mistérios que a física ainda não conseguiu explicar

Cientistas criaram teorias para entender e até tentar explicar alguns mistérios do universo, mas até hoje nada foi comprovado. Será que um dia teremos respostas para eles?

Assim como nós, os físicos, astrofísicos e cientistas estão cheios de perguntas. E, apesar dos avanços nestes campos, há mistérios que ainda são impossíveis de serem explicados. Para tentar entender certos fenômenos, foram estabelecidas teorias que, mesmo não podendo ser observadas ou comprovadas diretamente, são a única explicação para definir alguns enigmas do universo. Conheça a seguir alguns deles.

 

  1. A matéria escura

Cientistas calculam que 84% da matéria presente em nosso universo não emite e sequer absorve luz, a chamada matéria escura. Por não absorver nem emitir radiação, ela não pode ser vista diretamente, nem detectada de maneira indireta.

Eles acreditam na existência dessa matéria graças ao efeito gravitacional que exerce sobre outros elementos e sobre a estrutura do universo. Acredita-se que é composta por partículas massivas que interagem sem força entre elas e, por carecer de luz, os astrofísicos não conseguem detectá-la, apesar de saber que está ali.

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Matéria escura – Fonte: Superinteressante.

 

  1. A energia escura

Cientistas acreditam que há algo que contraria a força gravitacional de atração e, mesmo que a gravidade empurre tudo para o centro do nosso universo, ele continua em expansão.

A gravidade deveria evitar que isso acontecesse, mas na prática é diferente. Para explicar isso, sugere-se que exista uma energia invisível que se contrapõe à força da gravidade — a energia escura. Ela é tida como uma propriedade inerente do próprio espaço. À medida que o espaço se expande, mais espaço é criado e, consequentemente, mais energia escura.

Porém, também não é possível detectar a energia escura e os cientistas não conseguem comprovar sua existência, mas essa é a única explicação que existe até hoje. E mais: embora ninguém saiba como constatar, estima-se que 70% do universo é composto por energia escura!

 

  1. A inflação cósmica

A inflação cósmica é um conjunto de teorias concedida para explicar alguns enigmas que a teoria do Big Bang não podia responder. Diz-se que com a inflação cósmica, houve partes do universo que ficaram mais densas em matéria, e isso explicaria as galáxias e outros fenômenos.

Ao olharmos para o universo, observamos uma esfera que parece se estender por partes iguais em todas as direções. O que torna difícil a explicação de haver uma temperatura uniforme: como duas partes distantes do universo podem ter a mesma temperatura e densidade sem ter estado em contato? A inflação cósmica explica esse fenômeno.

A teoria sugere que essas partes chegaram a formar uma unidade e que, menos de um bilionésimo de segundo depois do Big Bang, o universo se inflou de forma repentina e em grande velocidade, expandido sua matéria a uma velocidade superior à da luz. Durante essa expansão, houve pequenas diferenças de temperaturas, pontos de maior densidade que se materializaram em galáxias e grupos de galáxias. Também foram produzidas as ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein.

Apesar deste conhecimento, os físicos não podem atestar o que formou esses conjuntos de estrelas e ondas gravitacionais. Portanto, um fenômeno como a inflação cósmica pode fazer com que seja mais compreensível.

energia escuraA energia escura é uma pressão negativa que empurra o universo a expandir mais rápido. Fonte: Astrofísica para Todos.

  1. O destino do universo

“Para onde vamos?” Essa é uma das perguntas científicas que mais causam curiosidade e outras perguntas até hoje. Acredita-se que isso depende de um fator desconhecido que mede a densidade da matéria e a energia que existe no cosmos.

Considerando que esse fator é maior que a unidade, o universo seria uma esfera. Sem a energia escura mencionada antes, o universo deixaria de se expandir e tenderia a se contrair, provocando o colapso absoluto, num processo inverso ao Big Bang, conhecido também como Big Crunch. Mas, como essa energia existe, os cientistas acreditam que o universo seguirá se expandindo de maneira infinita.

Mas o universo se expandirá para sempre? Considerando-o como uma esfera e caso a energia escura exista de fato, esse universo esférico se expandirá eternamente.

De maneira alternativa, o universo pode ser curvo e aberto, como a superfície de uma sela para montar cavalos. Neste caso, o universo pode caminhar para dois processos — o Big Freeze e Big Rip. No primeiro, a aceleração do universo fará com que ele acabe desfazendo galáxias e estrelas, deixando matéria fria e abandonada. Depois, a aceleração aumentaria de maneira tão grande, que poderia superar a força que mantém os elementos de um átomo em seus devidos lugares, destruindo-o completamente.

Outra alternativa é que o universo pode ter uma estrutura planar, como uma mesa que se expande para todas as direções. Caso a energia escura não exista, neste modelo a aceleração da expansão do universo seria reduzida aos poucos, até parar completamente. Mas se a energia escura existir, tudo terminaria destruído com o Big Rip.

big ripSimulação do Big Rip. Fonte: Theweek.

 

  1. A entropia

Você sabia que alguns cientistas duvidam que o tempo tenha corrido sempre para a frente, mas não conseguem provar o contrário? Isso é explicado por uma propriedade da matéria chamada entropia, que é a quantidade de desordem de um sistema. Neste caso, das partículas do universo.

Basicamente, se o universo se desloca de uma baixa entropia para uma alta entropia, nunca poderemos ver os acontecimentos se reverterem. Esse movimento é irreversível, mas suscita um novo enigma para os cientistas: por que o universo era tão organizado em seu início? Se, como confirmado em outras teorias, havia uma grande quantidade de energia acumulada em um espaço tão reduzido, por que a entropia (a desordem) era tão baixa na origem do cosmos? Ainda não há resposta para isso.

 

  1. Os universos paralelos

Será que o universo em que vivemos é único? Até hoje, nada garante isso. Muitos cientistas defendem a hipótese de que é possível que o que chamamos de universo seja somente um entre outros infinitos espaços.

As leis da física quântica dizem que a configuração das partículas dentro de cada espaço é finita e que esta configuração deve, necessariamente, se repetir, o que implicaria em uma infinidade de universos paralelos. É daí que vem o conceito de multiverso, ou seja, diversos universos paralelos coexistindo sem que um tenha contato com o outro.

universos-paralelosUniversos paralelos. Fonte: Hypescience.

Da matéria escura aos universos paralelos: são tantos questionamentos! Que a ciência esteja sempre em evolução e que possamos presenciar a solução desses mistérios. <3

 

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Antimatéria: história e curiosidades

Assim como o nome sugere, a antimatéria é o inverso da matéria. Mas o que isso quer dizer?

Assim como o nome sugere, a antimatéria é o inverso da matéria. Cada partícula elementar que conhecemos possui uma partícula oposta que apresenta exatamente as mesmas características, exceto a carga elétrica, que é inversa. O pósitron, por exemplo, é a antimatéria do elétron, portanto, possui a mesma massa, mesma rotação, mesmo tamanho, mas carga elétrica de sinal oposto.

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Matéria e antimatéria, constituídas de antipartículas.

Tudo o que se sabe sobre essas antipartículas vem de experiências realizadas em aceleradores de partículas, que apresentam antipartículas como produto. Dentro desses imensos laboratórios, a dificuldade de produzir e analisar a antimatéria está no fato de que, no encontro da matéria com a antimatéria, sempre ocorre aniquilação, ou seja, uma destrói a outra, gerando uma grande quantidade de energia.

 

Descoberta

A história da antimatéria começa em 1928, quando o físico britânico Paul Andrien M. Dirac revisou a equação da equivalência entre massa e energia proposta por Einstein e propôs que as partículas podem ter valores negativos de energia. Ou seja: que um elétron poderia emitir radiação infinitamente, ficando cada vez com energias mais negativas, o que não é aceitável do ponto de vista físico. 

Para consertar esta inconsistência do seu modelo, Dirac argumenta que todos os estados relacionados a energias negativas estão ocupados, assim uma partícula não poderia ir para um estado de energia negativa, isto ficou conhecido como Mar de Dirac. Uma consequência do mar de Dirac é que o consideramos como vácuo não é vazio, existe uma infinidade de partículas nos estados de energia negativa.

Logo, para Dirac, uma antipartícula nada mais é do que um espaço vago no Mar de Dirac, assim um elétron pode perder energia emitindo radiação e indo pro estado quântico vago descrito pelo antielétron. Um observador veria um elétron colidindo com um antielétron, depois da colisão ambos desapareceriam e a energia seria emitida na forma de radiação.

Em 1932,  um ano após a previsão de Dirac, Carl Anderson detectou a presença de elétrons positivos durante um experimento com raios cósmicos. O antielétron detectado foi chamado de pósitron e tem as mesmas características do elétron, mas apresenta carga elétrica de sinal positivo. Em 1955, cientistas criaram o antipróton por meio de um acelerador de partículas. Desde então, os estudos relacionados com antimatéria vêm revelando antipartículas de nêutrons, quarks, léptons etc.

 

Como produzir antimatéria?

A antimatéria existe de maneira natural, porém em pequeníssimas quantidades. É o caso da banana, por exemplo, que emite um pósitron a cada 75 minutos, pois possui em sua composição química um isótopo radioativo de potássio (40K) que sofre decaimento β+, mas como o nosso universo é feito predominantemente de matéria, rapidamente este pósitron encontra um elétron e eles se aniquilam, sobrando somente radiação.

Hoje os cientistas são capazes de produzir antimatéria nos aceleradores de partículas, como o famoso LHC. Nessas máquinas de incrível complexidade, feixes de partículas e/ou antipartículas são lançados em anéis circulares ou retilíneos e são colididos com outros feixes. Essas colisões, quando feitas com energia suficiente, recriam as condições do universo no Big Bang. 

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LHC: o maior acelerador de partículas do mundo.

Ao acelerar átomos a altíssimas velocidades com um acelerador de partículas, elas podem ser colididas com um determinado alvo. As antipartículas resultam dessa colisão e são separadas pela ação de campos magnéticos. Em média, a cada 10.000 colisões de prótons é gerado um antipróton, é isto que torna a produção de antimatéria tão cara.

 

Antimatéria como fonte de energia

Ao pensar nas possíveis aplicações que podem surgir da pesquisa em antimatéria, podemos citá-la como uma fonte de energia compacta.

Já falamos que ao encontrar matéria, a antimatéria é aniquilada. Nesta aniquilação é liberada uma grande quantidade de energia. Quanta energia? Essa reação é o único processo que converte 100% da massa de uma partícula em energia, lembrando da famosa equação de Einstein, E=mc², tem muita energia armazenada na massa das partículas que normalmente não pode ser acessada.

A aniquilação de um grama de antimatéria com um grama de matéria resultaria na liberação de 50 GWh de energia, o suficiente para manter uma lâmpada de 100 W acesa por mais de 57 mil anos!

Essa energia pode ter uma aplicação valiosa para exploração espacial, pois uma boa parte do problema que temos ao lançar um foguete ao espaço é o combustível necessário para sair da atmosfera da Terra. Para isso acontecer ainda é preciso melhorar a eficiência da produção de antimatéria, baratear o processo, desenvolver novas tecnologias de armazenamento e aprender a controlar o uso desta energia, caso contrário teríamos apenas uma bomba poderosíssima! :O

Terra

O que aconteceria se, de repente, a Terra parasse de girar?

Se a Terra parasse de girar de repente, tudo o que se encontra na superfície terrestre seria arrancado violentamente daqui: pessoas, árvores, animais, cidades, oceanos e até mesmo o ar da atmosfera.

Tudo sairia voando!

Se a Terra parasse de girar de repente, tudo o que se encontra na superfície terrestre seria arrancado violentamente daqui: pessoas, árvores, animais, cidades, oceanos e até mesmo o ar da atmosfera. Tudo o que se encontra na superfície terrestre sairia voando! Tudo por causa da inércia dos corpos, já que tudo que existe na Terra, inclusive o ar, gira junto com o planeta.  

Agora imagine que a Terra completa sua rotação a cada 24 horas a uma velocidade de aproximadamente 1.700 quilômetros por hora! Se a freada brusca de um ônibus faz com que os passageiros sejam jogados para a frente, imagine o que não aconteceria com os habitantes da Terra?

Explicando de maneira simples: imagine um ônibus em alta velocidade freando de repente. A inércia faz com que todos os passageiros vão para frente, podendo até mesmo serem arremessados. Ou seja: se você estiver dentro de um ambiente fechado, as notícias não são lá muito boas.

Os corpos seriam arrancados da superfície e em seguida cairiam, pois mesmo os 1.700 quilômetros por hora, não são suficientes para fazer com que os corpos escapem do campo gravitacional e se percam no espaço. Então todos os destroços sólidos, os oceanos e a atmosfera cairiam de volta.

 

earth-1990298_960_720Tudo o que se encontra sobre a superfície terrestre seria arrancado violentamente.

 

O acontecimento geraria fissuras e pontos de tensão na crosta, o que causaria grandes derramamentos de magma e os maiores terremotos já vistos. Os oceanos continuariam a se mover a quase 1.700 quilômetros por hora no equador, gerando a maior onda e o maior tsunami já registrados na história. A atmosfera continuaria a se mover com a mesma velocidade da rotação da Terra, o que causaria ventos até 6 vezes mais fortes que os furacões de categoria 5. Esses ventos estariam tão rápidos que fariam os objetos parados em relação a eles quebrarem a barreira do som.

Agora, imagine que alguém sobreviva a esse voo em velocidade supersônica! Seria quase impossível sobreviver, a Terra continuaria sua trajetória ao redor do Sol, mas a falta de rotação acabaria com o conceito de dia e noite, seriam seis meses exposição solar — um deserto com temperaturas altíssimas — e seis meses de escuridão — tão frio que crostas de gelo seriam formadas rapidamente. A diferença térmica entre os dois lados provocaria ventanias terríveis.

Outra possível consequência dessa catástrofe, seria a perda de nosso campo magnético. Ou seja: a Terra ficaria sem proteção contra as partículas de altas energias provenientes do vento solar. Que medo!

buraco negro

Buraco negro: Parece que Einstein acertou mais uma vez

A primeira imagem de um buraco negro representa um marco histórico para a astrofísica, mas também serve para confirmar e validar a teoria geral da relatividade do renomado físico Albert Einstein.

Estima-se que os buracos negros sejam fenômenos cósmicos que se originam quando uma estrela entra em colapso. O restante de sua matéria fica limitado a uma pequena região, que logo dá lugar a um imenso campo gravitacional, levantando algumas das questões mais complexas sobre a natureza do espaço e do tempo e, agora, até mesmo sobre nossa existência.

A primeira imagem de um buraco negro representa um marco histórico para a astrofísica, mas também serve para confirmar e validar a teoria geral da relatividade do renomado físico Albert Einstein, agora os buracos negros são reais, não mais uma simulação de cálculos teóricos.

Na imagem, registrada de 05 a 11 de abril de 2018, o buraco negro parece um anel laranja em torno de uma silhueta redonda escura, na qual os astrônomos reconheceram o buraco negro na galáxia batizada de M87, e, para ter ideia da sua dimensão, ele é maior que o tamanho de nosso Sistema Solar inteiro. Ele não se localiza exatamente no centro da galáxia, mas a 22 anos-luz na lateral — o que facilitou o reconhecimento, o buraco negro tem 40 bilhões de quilômetros de diâmetro – cerca de 3 milhões de vezes o tamanho de nosso planeta – e é descrito pelos cientistas como um “monstro”.

 

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Simulação / expectativa /  imagem real (@thelionlaw)

 

Nenhum telescópio, sozinho, seria poderoso o suficiente para visualizar o buraco negro.

Assim, o professor Sheperd Doeleman, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, liderou um projeto para montar uma rede de oito telescópios interligados. Juntos, eles formam o Telescópio Event Horizon e podem ser considerados como uma variedade de pratos do tamanho de um planeta.

Cada um está localizado no alto de uma variedade de locais exóticos, incluindo vulcões no Havaí e no México, montanhas no Arizona e na Sierra Nevada espanhola, no deserto do Atacama no Chile e na Antártida. Uma equipe de 200 cientistas apontou os telescópios em rede em direção à M87 e examinou seu coração durante um período de 10 dias.

A primeira imagem de um buraco negro coincide com os simulações baseadas nas equações de Einstein, que previam um anel brilhante no entorno de uma forma escura. Nessa simulação, a luz seria produzida por partículas de gás e poeira aceleradas em alta velocidade e destruídas pouco antes de desaparecer no buraco. A área escura seria a sombra que o buraco lança nesse turbilhão.

Esta imagem permitirá novos estudos, ninguém ainda sabe como o anel luminoso é realmente criado, e muito menos o que acontece quando um objeto entra no buraco negro. Cientistas acreditam que existam explicações mais complexas para a gravidade ainda não descobertas, nem mesmo por Einstein, e é no buraco negro que, provavelmente, essas limitações devem ser expostas.

Outra curiosidade é que a luz é mais brilhante do que todas as bilhões de outras estrelas da galáxia combinadas – e é por isso que ela pode ser vista da Terra. A borda do círculo visto na imagem é o ponto no qual o gás entra no buraco negro, do qual nem mesmo a luz pode escapar. É o ponto em que todas as leis da física são quebradas.


Fontes:

BBC | El Pais

magnetismo

#MomentoCientista: eletromagnetismo terrestre

Você sabia que nosso planeta se comporta como um grande ímã? Essa observação foi feita em 1600, quando o físico…

Você sabia que nosso planeta se comporta como um grande ímã? Essa observação foi feita em 1600, quando o físico e filósofo britânico William Gilbert assinalou essa semelhança. O fenômeno magnético terrestre, no entanto, já era usado há muito tempo, com as famosas bússolas em navegação.

Esse grande imã chamado Terra possui um campo magnético criado através do movimento constante de rotação. Inclusive, é por esse motivo que os polos sul e norte ganharam esse nome: o planeta também possui um magnetismo proveniente do movimento do seu núcleo.

Logo, se soltarmos um imã sobre a Terra, ele irá mostrar os lados norte ou sul, por esse motivo a bússola indica a direção norte, sendo que sua agulha aponta para uma direção de acordo com o magnetismo da Terra. Assim, como o princípio do eletromagnetismo de cargas positivas e negativas, dentro do magnetismo se aproximarmos dois pólos nortes eles se repelem, mas se forem pólos contrários a tendência é a atração.

E sabe o que nos mantém firmes na superfície e também nos protege das partículas de eletromagnetismo que vem do espaço? Ele mesmo: o magnetismo. O campo magnético da Terra protege o planeta dos chamados raios cósmicos, feixes de partículas de altas energias que vêm do Sol. Ao se aproximar da Terra, as partículas carregadas eletricamente são desviadas, devido à interação magnética, em direção aos polos. Essas partículas são desaceleradas ao entrar na atmosfera, emitindo radiação. A visualização desse fenômeno é chamada de AURORA, que pode ser Boreal (Norte) ou Austral (Sul).

Aurora Boreal

Aurora Boreal. Fonte: reprodução.

Podemos comprovar a perfeição de como funciona o magnetismo terrestre através de um experimento com uma bolinha de isopor, um imã e alguns grampos. Quer saber como? Veja neste vídeo como fazer seu próprio protótipo de eletromagnetismo terrestre em casa!

Viu só? É possível ver o magnetismo em 3D e associá-lo ao magnetismo da Terra. Uma experiência simples e muito interessante. Você pode substituir a limalha de ferro por grampos de grampeador “esmagadinhos”. =)

Entrevista

Entrevista: o brasileiro que está há 17 anos trabalhando com aceleradores na Suíça

Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute…

Este mês conversamos com o Marcos André Gaspar, brasileiro, carioca e colaborador há quase 18 anos do Paul Scherrer Institute (PSI), simplesmente o maior instituto de ciências naturais e engenharia da Suíça. O instituto realiza pesquisas de ponta e suas principais áreas são: matéria e materiais, energia e meio ambiente e saúde humana. No artigo anterior, falamos como o PSI revolucionou o tratamento do câncer com a próton terapia. Se quiser saber mais, clique aqui para ler.

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O Paul Scherrer Institute opera um amplificador de Fonte de Luz Suíça (Swiss Light Source – SLS), um síncrotron de 3ª geração usado para acelerar partículas à velocidade da luz. Para melhorar a frequência de amplificação, foi desenvolvido um Amplificador com Rádio Frequência. O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Nosso entrevistado de hoje é responsável por este projeto! São mais de 12 mil linhas de código de programação escritas exclusivamente pelo Marcos.

Swiss Light Source (SLS) no Paul Scherrer Institut

Swiss Light Source (SLS) no Paul Scherrer Institut

Está preparado(a) para conhecer o Marcos um pouquinho mais? Vem com a gente!

Museu WEG: Olá Marcos, estamos curiosos! O que você faz no PSI? Como é o seu trabalho?

Marcos Garcia: Olá pessoal! Sou colaborador no PSI há cerca de 17 anos. Meu trabalho é com fontes de alta potência de rádio frequência sem MOSFET*. Isso quer dizer que são como transmissores de televisão, mas sem modulação. Precisando apenas da potência.

*MOSFET (Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor de Óxido Metálico) é o tipo mais comum de transistores de efeito de campo em circuitos digitais ou analógicos.

Trabalho na área de análise fundamental da matéria. O meu acelerador, o SLS, tem o objetivo principal de ser utilizado como um grande microscópio. Os transmissores são otimizados quando é possível, e dependendo do componente que está gerando a alta potência de RF, ele para de funcionar na máxima eficiência possível! Porém, não há milagres e dificilmente é possível ter uma eficiência em 100%.

A eficiência perto de 100% com os motores elétricos e os inversores a MOSFET é bastante possível. Mas, neste trabalho, nem tanto. É que a eficiência típica possível de obter na frequência de interesse de 500MHz é de um pouco mais de 50%. Essa eficiência inclui tudo, dividindo a potência de saída de RF pela potência consumida da tomada da rede de 50Hz.

Os transmissores que temos por aqui são todos a base de válvulas. Em frequências mais baixas, como 50MHz e 72MHz, utilizamos Tetrodos. Em frequências mais altas, como 500MHz, 3GHz, e outras, utilizamos Klystrons. Temos transmissores em modo contínuo (CW) e em modo pulsado. O transmissor com o qual trabalho é um sistema de modo contínuo, resultado de um estudo que fiz há alguns anos sobre a visibilidade da substituição de válvulas por MOSFETS tipo LDMOS na frequência de 500MHz. Esse estudo se transformou numa tese de doutorado que defendi em setembro de 2014.

No mesmo trabalho, fizemos uma candidatura para um projeto do governo federal suíço. Nosso projeto foi aceito e foi o maior projeto do laboratório até hoje. Aproximadamente 1 milhão de dólares. Com esse financiamento, o projeto se viabilizou e eu pude construir o sistema. O projeto foi um sucesso e está em operação no acelerador SLS hoje.

Em seguida, a tecnologia do projeto foi transferida para uma empresa privada suíça que está produzindo transmissores baseados na tecnologia desenvolvida por mim. Este ano, já estão entregando alguns sistemas para laboratórios diferentes no mundo.

Museu WEG: Qual é a sua história profissional até chegar onde está hoje?

Marcos: Minha história profissional começou no Rio de Janeiro, na UFRJ. Por lá, sempre tivemos uma ligação, mesmo que pequena, com o CERN em Genebra e com o CEA em Paris. O que fez meu caminho natural ser a Europa, da qual gosto imensamente. Há quase 18 anos, eu me candidatei a uma posição aqui no PSI e fui aceito, o que sedimentou esse relacionamento eterno com aceleradores.

Museu WEG: Quais os projetos mais legais que você já participou, ou participa, trabalhando com aceleradores de partículas?

Marcos: Qualquer trabalho com aceleradores é interessante e me fascina. Mas, definitivamente o projeto da minha vida foi o Amplificador com Rádio Frequência. O mais espetacular, na minha opinião, é que fiz o projeto todo sozinho. Todos as partes desse projeto foram desenvolvidas por mim, sem nenhuma ajuda externa. Os projetos mecânico, elétrico, eletrônico, software, alta frequência, alta potência, controle, data-acquisition and monitoring, etc…. Desenvolvi todos esses subprojetos também, completamente sozinho. O software tem mais de 12 mil linhas de programa. Tudo também escrito por mim. E o sistema funciona hoje completamente autônomo sem nenhuma intervenção humana.

O principal objetivo do projeto é melhorar a eficiência a qualquer momento do processo. Foram aplicados correntes diretas, controladores de energia e tecnologias de análise digital e analógica para ajustar as voltagens e tornar o processo completamente independente e automático. A eficiência chega a 50% e ele possui frequência 2x maior que a tecnologia existente, mas com um tamanho menor. Esse é, sem dúvida, o maior sucesso da minha vida.