Agora você já pode, se tornando um Planet Hunter. Como eu, D-Dimensões, disse no post anterior, o satélite Kepler está fazendo um ótimo trabalho encontrando novos planetas. Mas agora ele precisa de sua ajuda!

Claro, não é o satélite que precisa da sua ajuda, e nem é ele que descobre os planetas, mas sim os astrônomos responsáveis por analisar os dados coletados pelo Kepler. Existe uma porrada de gráficos a serem analisados, e existem alguns programas computacionais para isso, mas às vezes fazer a coisa no “olhômetro” pode funcionar melhor. Nas palavras deles:

A equipe do Kepler tem desenvolvido algoritmos computacionais para analisar a curva luminosa pois é impossível para a equipe analisar visualmente cada curva. Enquanto aguardamos programas de computador para identificar com robustez coisas que eles são treinados para encontrar, estamos apostando que haverá um bom número de surpresas nos dados que os algoritmos vão deixar passar.

E é aí que você, caro leitor, entra. Esses cientistas perceberam que, ao invés de ficarem sozinhos olhando essa quantidade absurda de gráficos, eles podem colocar internautas desocupados para fazê-lo. E eu recomendo, não apenas por ser um passatempo divertido, mas também pela ótima sensação que é fazer parte da construção do nosso conhecimento.

O site é esse, http://www.planethunters.org/ . Você pode fazer um cadastro no site (totalmente em inglês), e se você conseguir identificar um planeta, receberá os devidos créditos. O site é auto-explicativo, com diversos tutoriais, e exceto pela língua que pode ser uma barreira para alguns, não existe desculpa para não participar.

Vale lembrar também que não é a primeira vez que a internet coloca internautas para ajudar em pesquisa de ponta. Projetos como o LHC@Home e outros similares utilizavam tempo ocioso do computador para rodar cálculos úteis aos cientistas. Mas até onde eu sei, esse é um dos mais interativos e divertidos!

Então, mãos a obra!

Notícia impressionante, que adiciona mais uma dimensão ao nível “Awesome” do nosso universo. De acordo com uma nova pesquisa publicada essa semana na Nature, parece que planetas orbitando estrelas são a regra na nossa galáxia, e não a exceção. Existem possivelmente mais planetas do que estrelas em nossa galáxia. Sendo mais preciso, de acordo com o grupo que publicou o estudo,em torno de uma a cada seis estrelas analizadas possuíam um planeta mais ou menos do tamanho de Júpiter, metade delas possuíam “Netunos”, e duas a cada três estrelas um planeta “super-Terra”, (isto é, um planeta maior que a Terra, mas não muito maior, de no máximo 10 vezes sua massa).

(Para relembrar as escalas de tamanho do nosso sistema solar, clique aqui)

Vamos do básico. Sabemos que a nossa galáxia possui uma porrada de estrelas. Uma dessas estrelas conhecemos bem, e sabemos que possui 8 planetas (sim, eu também sinto pena de Plutão), alguns maiores outros menores. Um desses planetas, inclusive, possui uma espécie de primata bem bobalhão, que por muito tempo achou que esses poucos planetas fossem únicos e especiais no universo.

Mas nos últimos tempos temos visto notícias o tempo todo sobre a descoberta de planetas fora do nosso Sistema Solar (por isso chamados de “planetas extra-solares”). Um satélite chamado Kepler foi lançado com o objetivo de buscar outros planetas. Até agora o sucesso tem sido grande. Esse satélite é como aquela celebridade polêmica, todos os jornais só falam nele. Também pudera, o tal satélite não pára de descobrir planetas. Gigantes, outros do tamanho da nossa Terra, e até alguns orbitando duas estrelas ao mesmo tempo à la Tatooine, o Kepler já deu o que falar, e tem deixado muita gente de cabelo em pé.

Para encontrar esses planetas, o Kepler busca diminuições periódicas no brilho de alguma estrela, causadas por um planeta passando em frente a ela (ou em jargão astronômico, em trânsito pela estrela). A desvantagem desse método é que é necessário que a órbita do planeta permita tal “eclipse”, isto é, o plano da órbita deve estar alinhado com o Kepler. Outro ponto é que isso exige que o planeta tenha um “ano” curto, caso contrário demoraria muito para percebermos diferença no brilho da estrela.

Clique aqui para uma lista impressionante dos planetas descobertos pelo Kepler.

O Satélite Kepler, que olha para estrelas buscando diminuições em seu brilho, quando um planeta passa em sua frente. Imagem: NASA/Kepler mission

Outro método é o de medir um “swing” na estrela,  causado por um planeta que a orbita. Mas esse método também depende de planetas de ano curto e pesados. É bem conhecido também que períodos de translação curtos significam planetas bem próximos a estrela (Mercúrio demora 88 dias para dar uma volta completa ao redor do sol, enquanto Plutão demora 248 anos).

A estimativa, baseado nos métodos acima, é que em média exista algo como um planeta para cada 5 ou 4 estrelas. Ou seja, ainda mais estrelas que planetas, pelo menos planetas nos critérios acima.

O grupo de cientistas do artigo da Nature em questão usou uma outra técnica. É muito bem conhecido que qualquer objeto pesado deforma o espaçotempo, e a luz se move acompanhando a curvatura do espaço. Quanto mais pesadão o objeto, maior é a deformação causada. Então, se olharmos para uma fonte de luz distante, e notarmos que a sua luz foi distorcida, é indicação de que algum objeto pesado passou entre nós e ela, e a maneira que a luz foi distorcida nos dá informação sobre a massa do objeto em trânsito.

Esse efeito é chamado de “lente gravitacional”. Normalmente é usado para medir a massa de grandes aglomerados de galáxias, buracos negros, ou grandes regiões do espaço cheias de matéria escura. Mas esse grupo estudou deformações bem mais fracas, causadas por planetas orbitando alguma outra estrela entre nós e essa estrela de referência. Essa versão fraca é chamada de “micro-lente gravitacional”.

A vantagem desse método é que permite detectar planetas mais distantes da estrela, isto é, com órbitas maiores. A desvantagem é que não é muito fácil acertar em cheio o momento em que algum planeta passa entre nós e alguma outra estrela, e menos fácil ainda detectar esse efeito. De qualquer forma, os pesquisadores do estudo fizeram uma análise de milhares de estrelas que tinham condições de serem estudadas por esse método. Depois de uma análise estatística complicada, eles chegaram aos fantásticos números que descrevi no primeiro parágrafo.

Alguém pode questionar, com razão, que eles analizaram apenas algumas (milhares) de estrelas, um número ainda longe dos bilhões de estrelas da nossa galáxia. Então como os jornais estão falando que existem centenas de bilhões de planetas na nossa galáxia?

Isso é chamado de extrapolação, e não é nenhum absurdo. Fazemos isso o tempo todo. Por exemplo, as pesquisas de institutos como o Datafolha antes das eleições dão uma estimativa boa do que vai ser o resultado final, mesmo tendo pego apenas alguns milhares de entrevistados, e não as centenas de milhões de habitantes do Brasil. O IBGE também se baseia em análise estatística para descrever dados sobre a população brasileira.

A conclusão então é que, na média, para cada estrela existe ao menos um planeta a orbitando. O “na média” é importante. Ninguém está dizendo que toda estrela possui planetas. Algumas possuem vários, como o nosso Sol, algumas não possuem nenhum. Mas se pegássemos todos os planetas da nossa galáxia e distribuíssemos igualmente entre todas as estrelas, possivelmente nenhuma ficaria solitária.

Adiciono finalmente que esse resultado era de certa forma esperado. As teorias que explicam a formação de estrelas e de sistemas solares pareciam indicar que planetas seriam bastante comuns por aí. Mas dizer que “deveria ser assim” e realmente verificar que é são coisas diferentes, e cientistas de qualquer área adoram as sutilezas dessa diferença.

Uma pergunta que eu pessoalmente adoraria ver respondida é “qual a probabilidade de termos um planeta em condição para abrigar vida como conhecemos?”  Mas até o momento ainda estamos um pouco longe de responder isso. Mas como eu sou otimista, eu diria que “longe, ma non tanto”.

A observação dos peixes permitiu provar que as pessoas apolíticas, quando pressionadas a tomar uma decisão, evitarão à da minoria, sem importar se o seu ponto de vista é ou não inteligente.

OK, isso soa como jornalismo ruim. E eu garanto que, se forem cientistas sérios, jamais diriam a partir do comportamento social de peixes que isso prova alguma coisa no comportamento humano. Fui então atrás do artigo original, que por acaso é da revista Science, eu diria a segunda revista mais importante de ciência do mundo! Adianto que, exceto por essas frases conclusivas demais, vale a pena ler o artigo do Terra. É um belo exemplo de como idéias simples podem trazer insights interessantes no entendimento de coisas mais complicadas.

Bem, de volta ao trecho “permitiu provar”, vamos ver o que o texto original, da Science, diz. O título é parecido, “Indivíduos desinformados favorecem consenso democrático em grupos de animais“. Cito aqui uma parte da conclusão (destaques meus):

Nossa pesquisa fornece evidência que indivíduos desinformados desempenham um papel importante no consenso de tomadas de decisões [...] Isso fornece um novo entendimento de como status de informação influencia decisões em consenso e porque a tomada de decisões em consenso pode ser tão comum na natureza. Além do mais, esses resultados sugerem um princípio que pode ser extendido para decisões auto organizadas entre humanos.

Pode parecer picuínha minha, birra, mas essas diferenças são importantes. Basta uma olhada nos comentários para ver o ceticismo e desconfiança dos leitores. Se ao menos fosse uma evidência conclusiva, que explicasse completamente o fenômeno, a palavra “provar” só incomodaria os nazistas de etimologia. Mas nesse caso, o Terra vacilou.

Vamos lá, senhores do Terra, vocês podem fazer melhor que isso.

 “Então, se criarmos um campo de Higgs negativo, e bombardeá-los com um feixe de anti-bosons de Higgs, eles podem desintegrar” - Snow, Solaris (2002)^[1], discutindo com Gordon a melhor maneira de destruir os “visitantes”.

Olá, meus caros!

Acredito que vocês já devem ter visto os sites de notícias anunciando que o LHC finalmente disse ter visto “relances” do Bóson de Higgs. Nesse texto, quero tentar, bem resumidamente, fazer um apanhado geral do que está acontecendo, e porque essa busca é importante.

Do que o universo é feito?

Desde os primórdios a humanidade busca responder a essa pergunta. Até onde sabemos, filósofos da Grécia antiga foram os primeiros a propor a existência de blocos fundamentais da matéria, a partir dos quais todo o universo é feito. Muito do nosso conhecimento mudou desde a Grécia antiga até hoje, mas a vontade de descobrir quais são os menores componentes da natureza continua. Principalmente nos últimos 100 anos, a nossa compreensão deu um salto gigantesco. Existem pessoas vivas hoje que nasceram numa época em que não se tinha certeza da existência de átomos como temos hoje. Numa época em que não se sabia da existência de prótons e elétrons. Numa época em que ainda se pensava que o Sol era uma grande fornalha, e que a idéia de energia nuclear nem sequer passava pela cabeça das pessoas.

Hoje não temos nenhuma dúvida da existência de átomos. Praticamente toda a matéria do nosso cotidiano é feita deles, desde um bloco de concreto, a areia na praia, o ar que respiramos ou as células do nosso corpo. A ciência hoje é tão surpreendente que temos microscópios que nos permitem ver átomos, um por um! Com aceleradores de partículas podemos ir mais além, e estudar do que os átomos são feitos, e quanto mais mergulhamos nessa busca, mais nos surpreendemos. Hoje entendemos de maneira incrível as forças da natureza, e porque boa parte das coisas são o que são.  Hoje conhecemos as diversas partículas que compõem os átomos, que um dia já foram considerados os menores blocos da matéria. Descobrimos ainda que é possível fabricar átomos inteiramente novos, a partir de blocos que simplesmente não sabíamos da existência! Junto com o estudo da astronomia e cosmologia, mais perguntas são respondidas. Hoje sabemos que os átomos que compõem nosso corpo foram produzidos em explosões de estrelas há bilhões de anos atrás. Sabemos que o nosso Sol já foi uma outra estrela maior, bem antes dos planetas existirem. Sabemos que o Sol um dia vai explodir, numa fabulosa explosão, e desintegrar boa parte dos planetas, inclusive a Terra.

Esse conhecimento e muito mais foi obtido a partir da busca de tentar entender essa pergunta, “do que o universo é feito?”. E a busca não pára. A nossa sede de conhecimento nos faz correr atrás de máquinas “microscópios” cada vez mais poderosas. Até presente momento, a máquina que representa a fronteira do conhecimento humano a respeito da matéria é o LHC. E um desses blocos fundamentais da matéria, o Higgs, é o que está faltando para fecharmos com chave de ouro um capítulo do livro do conhecimento, e iniciarmos um próximo.

O LHC

Para começar, o LHC, sigla em inglês para “Grande Colisor de Hádrons”, é um acelerador de partículas subterrâneo localizado na fronteira entre a Suíça e a França, em Genebra. Hádrons são como chamamos as partículas compostas de quarks, sendo as mais conhecidas os prótons e os nêutrons que formam os núcleos atômicos que estudamos no colégio. O que o LHC faz é acelerar prótons (e ás vezes nêutrons, dependendo do que você quer tentar medir) a uma velocidade absurda para os nossos padrões, de 99.9999991% da velocidade da luz.

O Túnel Subterrâneo do LHC, no qual o feixe de prótons é acelerado e onde ocorrem as colisões. Imagem e direitos autorais do CERN.

Dois punhados de prótons são acelerados em direções opostas, e eles ficam girando no túnel de 26km até atingir a energia desejada (na velocidade máxima atingida, eles dão cerca de 11 mil voltas completas em um segundo!). Em alguns locais do túnel os dois punhados são postos para colidir. Ao redor do local da colisão, existem enormes detectores prontos para detectar qualquer coisa que for produzido ali.

Como é?

Embora aprendemos no colégio que matéria se conserva, no mundo do muito muito pequeno (das “partículas elementares”, as menores partículas que compõem o universo) isso não é bem assim. A energia sim, se conserva e, como expresso pela famosa equação E=mc² , massa também possui energia, que chamamos “energia de repouso”. Então no mundo “micro”, regido pelas leis da física quântica, partículas podem se transformar em outras, desde que conservando a energia.

"Zoológico" conhecido de partículas elementares. A primeira coluna são as partículas estáveis do nosso universo. Em verde, as partículas responsáveis pelas forças da natureza (elétrica, nuclear forte e nuclear fraca). Imagem do astro.iag.usp.br.

Além das partículas que encontramos aos montes no nosso mundo, isto é, os elétrons, os quarks up e down (que compõem os prótons e nêutrons) e os não tão conhecidos neutrinos, sabemos até o momento que existem diversas outras partículas, de certa forma parecidas com as “populares”, porém mais pesadas. O problema com essas mais pesadas é que justamente por possuírem bastante energia, elas decaem em partículas mais leves, e deixam de existir (o processo é análogo a quando um átomo de Urânio por exemplo, bastante energético, decai e se transforma em um elemento mais leve).

Para produzir essas partículas “gordas”, basta colidir as partículas leves corretas numa energia alta o suficiente. A energia total da colisão deve ser pelo menos igual a energia de repouso (E=mc²) da partícula que você deseja produzir.

E é exatamente por isso que precisamos de um acelerador tão potente. Conhecemos as partículas acima, que foram produzidas em outros aceleradores, mas é possível que existam mais, ainda mais pesadas, ou pelo menos mais difíceis de identificar. Aceleradores são comuns no nosso dia a dia. Tubos de televisão ou monitores antigos são aceleradores de elétrons. Em hospitais você encontra aceleradores dos mais variados tipos, designados para diagnósticos ou tratamentos como radioterapia. Mas a energia desses aceleradores cotidianos não chega nem perto da energia necessária para produzirmos partículas pesadas. Se existe mais coisas nesse zoológico, precisamos de uma máquina mais potente que todas as produzidas até agora. Essa máquina é o LHC.

O que é o Higgs?

A teoria que descreve as forças da natureza, os decaimentos radiativos e as criações de partículas que descrevi acima funciona perfeitamente bem, exceto por um problema. Essa teoria nos diz que essas partículas não deveriam possuir massa. Deveriam todas ser como o fóton (o “quanta” de luz), sem massa e viajando na velocidade da luz, sem nunca poder parar. Então como dar massa para as partículas sem arruinar a teoria que funciona tão bem, e explica tanta coisa com tamanha precisão?

Uma excitação numa corda cria um pulso que se propaga ao longo dela. Analogamente, uma excitação no campo de Higgs cria uma partícula, o bóson de Higgs.

Existem diversas propostas, mas a mais popular e simples é a existência de um “campo” (o campo de Higgs) que funcionaria como um “freio” para as outras. A analogia seria colocar um objeto que se movia no vácuo agora numa piscina com água. mover esse objeto se torna mais difícil, devido a resistência da água, o que dá a impressão de uma massa maior. O campo de Higgs funcionaria como esse “fluído viscoso”, tornando as partículas pesadas ao se propagarem nele. E, assim como podemos perturbar a água e gerar uma ondulação que se propaga, é possível perturbar o campo de Higgs e gerar um “pulso” nesse campo, uma partícula, o chamado bóson de Higgs.

(na verdade, pela Teoria Quântica de Campos, todas as partículas são excitações de campos, como o do Higgs. O Higgs é especial pois ele seria o único que provoca essa “viscosidade” que tentei descrever.)

Então, se essa proposta estiver mesmo correta, e a massa das partículas for mesmo gerada por interação com esse campo, deve ser possível criar uma perturbação nesse campo hipotético que veremos como uma nova partícula, bem diferente das partículas que conhecemos (e de fato, ela não seria nem uma partícula de matéria, nem uma partícula de força como as outras). E um dos vários objetivos do LHC, desde seu projeto, era a produção e detecção dessa partícula. Ele foi projetado para conseguir atingir energias compatíveis com a energia necessária para a produção do Higgs.

Seek and Destroy! (ou como partículas novas são descobertas)

Atingir energia suficiente é só parte do problema. Partículas com energias bem maiores atingem a Terra o tempo todo vindas do espaço, e produzem na atmosfera reações em cadeia que dão inveja a qualquer físico que estude partículas num laboratório. O problema é como fazer a detecção, como identificar o que está sendo produzido.

Se isso ficou muito complicado, talvez uma imagem valha mais que cem palavras. Então vejam esse vídeo de uma colisão REAL entre prótons em um dos vários detectores, o CMS. Claro, isso é uma animação gráfica, pois é impossível ver as partículas com os olhos. Mas a animação foi produzida a partir dos dados reais coletados no detector.

Fantástico, não?

Pois bem, sabendo quais partículas foram detectadas, a próxima etapa é tentar reconstruir a colisão. Isso é feito juntando o que já sabemos sobre como produzir as partículas, as energias e velocidades em que elas foram detectadas, e então reconstruímos quais partículas foram produzidas e decaíram nas partículas detectadas.

A diferença entre a imagem e a explicação acima, da câmara de bolhas, para o que acontece no LHC é que o número de colisões e informação analizada é bem maior, e enquanto a informação da câmara de bolhas é extraída no “olhômetro”, a análise dos dados do LHC envolve complicados cálculos, e é feito em computadores potentes.

(para um exemplo de como o pessoal do LHC analiza os dados, clique aqui)

Finalmente, ao Higgs!

E como detectamos então partículas novas? Mais ou menos assim: comparamos os resultados esperados das partículas que já conhecemos com o que realmente medimos quando vamos pro laboratório. Por exemplo, sabemos que determinada partícula X, da figura ao lado, decai 20% das vezes no par azul+roxo, e 80% das vezes no par vermelho+verde. Se detectamos um par das partículas azul e roxa, elas podem ter sido produzidas pela partícula “mãe” X. Em jargão científico, cada forma possível de decaimento é um canal. Fazendo várias colisões, esperamos que o número de pares verde+vermelho sejam 4 vezes mais comuns de surgirem do que os pares azul+roxo. Se for diferente disso, é sinal que exista outra partícula contribuindo para a produção desses pares, em proporções diferentes. Por exemplo, se detectamos após várias colisões o mesmo número de pares verde+vermelho e azul+roxo, isso indica que existe alguma outra partícula também decaindo em verde+vermelho.

Claro, no mundo real a coisa é bem mais complicada. Não temos uma única partícula “mãe” sendo produzida, mas uma porção de partículas diferentes. Não temos um único par sendo detectado em cada colisão, mas como vocês viram no vídeo, uma multidão deles.

E as possíveis formas de decaimento são muito mais do que simplesmente duas. Por exemplo, cada linha da imagem ao lado representa uma possível forma de decaimento do Higgs. Dependendo da massa (que ainda não conhecemos), a probabilidade de decaimento nos diferentes pares de partículas muda. A relação “massa x probabilidade” é o que indica o gráfico, para cada canal de decaimento.

Como vocês podem imaginar, não é nada trivial identificar partículas novas. Não é uma questão somente de produzí-las, mas de conseguir identificar mudanças nas diferentes formas possíveis de decaimento, quando comparado com as partículas que já conhecemos bem (em jargão científico, os decaimentos que já conhecemos são chamados de background). Isso depende do quão bem conhecemos as outras partículas que formam o background, e dos cálculos teóricos que nos permitem estimar as probabilidades dos diferentes decaimentos, como na figura acima.

E é isso que os cientistas do LHC estão fazendo nesse momento. Interpretando, com a ajuda de computadores poderosos e cálculos feitos por diversos grupos, os dados obtidos até o momento, e torcendo para encontrar algo que “não deveria estar lá”. E, depois de praticamente dois anos de colisões e análises, eles acham que podem estar vendo sinais de algo novo, e muito parecido com o Higgs. Mas a quantidade de dados, apesar de gigantesca, ainda não é suficiente para eles subirem no palco e gritar “Encontramos!”

E Deus?

Um rápido comentário sobre a “Partícula de Deus”. Como o Marcelo Gleiser explicou em seu blog, essa bobagem toda veio de um livro sobre partículas elementares que era pra se chamar “The Goddamn Particle“, algo como “a partícula maldita”, não por ser do mal, mas simplesmente por ser tão difícil de detectar. Os editores do livro acharam que o nome não era bom, e disseram que “The God Particle” (que pode ser traduzido como “A Partícula Deus” ou até “A Partícula Divina”) venderia mais.

Os jornalistas adotaram o nome (porque eles adoram criar polêmica onde não existe), e os jornalistas falantes de português fizeram o desserviço de traduzir errado, e chamar de “A Partícula de Deus” (que é diferente da tradução correta).

Então o Higgs não prova a existência de Deus, nem disprova. Simples assim.

Sei que esse foi um texto longo, e muitas dúvidas podem ter surgido. Estaremos felizes em tentar respondê-las nos comentários.

Links interessantes:

Sobre o acelerador

http://ciencia.hsw.uol.com.br/grande-colisor-de-hadrons4.htm

Um ótimo texto sobre a relevância da descoberta, por Carlos Orsi

http://carlosorsi.blogspot.com/2011/12/ta-mas-para-que-serve-esse-tal-de-higgs.html

Nos últimos dias vocês podem ter notado um certo rebuliço na mídia^[1] a respeito desses neutrinos malandros, dizendo que eles são mais rápidos que a luz. Mas afinal, o que realmente está acontecendo? Essas partículas misteriosas são ou não mais rápidas do que a luz? Einstein estava ou não errado? Podemos tacar fogo em todos os livros de física das nossas estantes?

O que são os Neutrinos?

Se você assistiu 2012^[2], você deve se lembrar da cena onde um dos personagens mostra pro outro que o número de neutrinos solares aumentou consideravelmente, a ponto de fazer ferver a água do detector. Que o Sol emite neutrinos está correto. Que eles podem ferver a água (sem percebermos grandes mudanças no Sol), não.

Neutrinos são partículas envolvidas num tipo de reação que chamamos de “nuclear fraca” (ao contrário da “nuclear forte”, responsável por manter os núcleos atômicos estáveis). É muito difícil detectar um neutrino. Como talvez não faça muito sentido falar em “tamanho” de uma partícula elementar, dizemos simplesmente que neutrinos possuem uma seção de choque muito pequena (quanto maior a seção de choque de alguma partícula, maior a chance dela “bater” em alguma coisa ao se mover). Por esses e outros motivos, experiências com neutrinos são extremamente complicadas, e ainda sabemos muito pouco sobre eles, embora sejam conhecidos desde a década de 30†.

O que foi o primeiro experimento^[3]?

Um acelerador de partículas no CERN^* acelera um feixe de prótons a 99,9997 % da velocidade da luz, e o feixe atinge um alvo de grafite, que produz partículas que decaem em neutrinos. Um detector coleta as informações que puder dessas partículas mais fáceis de detectar (as que não são neutrinos, e possuem maior seção de choque). Os neutrinos passam direto. A 730 km dali (ou mais precisamente, (730534.61 ± 0.20) metros) o detector OPERA em Gran Sasso, na Itália, aguardava ansiosamente a chegada desses neutrinos.

Para facilitar, vou me referir aos dois detectores como detector CERN (o responsável por medir as partículas produzidas logo após a colisão) e o detector Gran Sasso (responsável por medir os neutrinos a 730 km do local em que eles foram produzidos).

Eu disse que os neutrinos eram muito difíceis de serem detectados, certo? “Quão difícil?”, vocês podem perguntar. Bom, ao longo de quase 3 anos de operação (de 2009 ao meio de 2011) o detector de Gran conseguiu medir 15223 neutrinos (ou, em jargão científico, 15223 eventos). Pode parecer muito, mas não quando comparados com os 10²⁰ (1 seguido de 20 zeros!) prótons que colidiram com o alvo de grafite.

O que eles fizeram então foi simplesmente uma “continha de colégio”, a velocidade dos neutrinos calculada como a distância percorrida (esses ~730 km) dividido pelo tempo. E o resultado obtido foi algo um pouco maior que a velocidade da luz.

Pode parecer coisa simples, mas não é. As medidas precisam ser extremamente… precisas! Vou tentar explicar mais ou menos como foi, e porque isso gerou muito ceticismo. Como eu disse, quando os prótons colidem com o grafite, muitas partículas diferentes são produzidas, junto com neutrinos. As partículas que não são neutrinos então são coletadas por detectores, e podem ser identificadas com as colisões dos prótons (pra cada próton que colide, o detector mede partículas). Depois de uma análise complicada eles resumem todas as detecções numa “forma de onda”, assim:

Forma da Onda das partículas detectadas no CERN

(Não me perguntem os detalhes de como eles fazem isso. Sou extra ordinário demais para compreender.)

Em Gran Sasso, os neutrinos são detectados e comparados com essa curva. Na imagem abaixo, na parte de cima os dados com o tempo sincronizado, entre os dois detectores. Sabendo que os neutrinos demoram um certo tempo para percorrer o trajeto todo, deslocamos as detecções de neutrinos por um intervalo de tempo que esteja de acordo com a Forma de Onda descrita acima. O resultado dos dados deslocados se encontra na parte de baixo da figura:

Na parte de cima, a forma de onda medida no CERN e os eventos de neutrinos, medidos em Gran Sasso. Em baixo, com um atraso de tempo.

Sei que isso talvez seja complicado de entender, então imaginem a seguinte analogia extremamente simplificada e ordinária. Você quer medir a velocidade das balas de um revólver. Uma pessoa segurando a arma dá 3 tiros, um a cada segundo. Num alvo distante, alguém cronometra quando os tiros chegam. Digamos que chegue aos 10, 11 e 12 segundos. Comparando com os tiros que foram dados aos 0, 1 e 2 segundos, concluímos que cada bala demorou 10 segundos para percorrer o trajeto. No caso dos neutrinos, como eles não são tão fáceis de serem detectados quanto tiros num alvo, a analogia talvez seria melhor com uma metralhadora, e alguém com uma pontaria horrível, pois só alguns dos tiros chegam ao alvo.

Além disso, o experimento depende crucialmente da sincronização dos relógios entre os dois laboratórios, e da medida das distâncias. Como eu mostrei, a distância é medida com uma precisão de centímetros, e o tempo em nanosegundos, utilizando um complicado sistema de GPS + relógio atômico + computador + caralho a quatro (inclusive eles são capazes de detectar o afastamento entre os dois laboratórios, devido à deriva continental, de menos de 1 cm ao ano!).

O resultado: a velocidade, medida como a distância percorrida dividida pelo tempo transcorrido, foi maior do que a da luz no vácuo.

Já adianto um importante “porém”. Em 1987, uma Supernova explodiu, e foi observada por astrônomos do mundo todo. Também foi observado os neutrinos produzidos na explosão, e eles chegaram DEPOIS que a luz da explosão chegou. Ou seja, se os neutrinos fossem mesmo mais rápidos que a luz, eles teriam chegado antes de vermos a explosão, o que não aconteceu. Isso já foi um forte argumento para muitos cientistas simplesmente assumirem de antemão que havia algum erro com a equipe do OPERA.

Repetição do Experimento

Houve muito ceticismo quanto ao experimento do OPERA. Entre outros questionamentos, um dos mais fortes era que essa análise descrita acima (de ajustar a forma de onda aos eventos de neutrinos) era problemática. Na analogia da metralhadora, era difícil saber de qual rajada o neutrino veio.

O grupo então repetiu o experimento, dessa vez deixando intervalos maiores entre os feixes, e pulsos mais curtos. Seria como repetir o experimento da metralhadora, mas tentando dar rajadas mais curtas e com um intervalo de tempo maior entre as diferentes rajadas, de forma a tentar deixar os tiros mais parecidos com os do revólver.

E mais uma vez, a conclusão foi a mesma. Neutrinos mais rápidos que a luz.

Ciência em Ação

O que acontece na comunidade científica, quando algo assim ocorre? Até então achávamos que partículas mais rápidas que a luz não poderiam existir (ou, se existissem, não poderiam ser jamais detectadas, o que dá na mesma). Um resultado desses é chocante, e se estiver mesmo correto, pode revolucionar o nosso conhecimento de física.

Talvez vocês podem me perguntar se, como cientista, eu (e todos os outros) não deveríamos simplesmente aceitar as evidências. Sim e não. Porque não saímos tocando fogo nos nossos livros ainda? Porque o passado já nos mostrou que, por mais que experimentos sejam aparentemente bem feitos e planejados, algum erro sutil pode ter passado batido. O que fazer então? Simples, esperar que outros grupos confirmem ou invalidem o experimento (a repetição do experimento pelo mesmo grupo utilizando o mesmo equipamento é bom, mas não é suficiente para dizer muita coisa a respeito). Se dois laboratórios independentes obtiverem o mesmo resultado, significa que todos os físicos vão mudar de ideia instantaneamente?

Não, por principalmente dois motivos. Primeiro, pode ser que os dois experimentos tenham errado de maneira parecida. É improvável, mas possível. Segundo, ao contrário da imagem que muitos cientistas tentam passar, existe sim um apego emocional entre o físico e seu trabalho. Se a pessoa trabalhou a vida toda considerando impossível partículas mais rápidas que a luz, é muito difícil que ela simplesmente aceite que viveu enganada durante tanto tempo. Não é o comportamento ideal, ou “racional”, esperado, mas cientistas são antes de tudo humanos.

Estou dizendo que cientistas se apegam àquilo que aprenderam e não aceitam mudanças? NÃO! Estou dizendo que existem cientistas assim, da mesma forma que existe o outro extremo. Assim como existem pessoas conservadoras e liberais, capitalistas e socialistas, existem cientistas ávidos por qualquer coisa nova que quebre os paradigmas vigentes e outros que se apegam com força a esses paradigmas.

O que acontece é que, nesse turbilhão de ideias prós e contras, os experimentos funcionam como uma correnteza de um rio, e quanto mais experimentos, mais forte a correnteza (embora alguns possam funcionar como um vento contrário). As poucos, os que colocaram o barco na direção certa ganham velocidade e deixam os outros para trás, lutando para não se afogarem. (essa analogia é forte. Nas universidades é sempre possível encontrar aquele professor mais velho, teimoso, que pesquisa uma área abandonada há muito tempo. Ou, num outro extremo, aquele que estuda uma idéia tão nova e ousada, que pouca gente leva a sério. As vezes a natureza é cruel, e simplesmente não se importa com o tanto que você investiu numa determinada ideia. Simplesmente você pode se tornar um dinossauro ou um maluco, lutando pra manter sua cabeça fora d’água.)

De volta aos neutrinos. O próprio grupo que publicou esse resultado foi sensato o suficiente para não afirmar nada com certeza, antes de obter confirmação de algum outro experimento independente. Algo como alguém dizendo “olha, eu tenho quase certeza que vi um gnomo ali naquela árvore, mas como isso é algo bem bizarro, eu espero que outras pessoas também dêem uma olhada na árvore. Se ninguém ver nada, talvez eu só esteja maluco”. Se nenhum outro experimento medir essa velocidade alta para os neutrinos, eles vão se ver tentados a aceitar algum erro ainda não identificado (e, se possível, encontrar o erro).

Dois dias depois desse segundo resultado, um outro grupo, utilizando um detector diferente, mas com os neutrinos vindos do mesmo lugar, publicou^[4] um outro estudo, e a conclusão: talvez os neutrinos não sejam mais rápidos que a luz.

O que eles tentaram fazer foi medir a Radiação Cherenkov dos neutrinos. A velocidade da luz não é a mesma no vácuo ou na matéria. Como a luz interage com os átomos que compõem um material, isso causa um efeito de “freio” da luz. Existem alguns materiais que possuem uma estrutura tal que a luz pode chegar a viajar a uma velocidade de míseros 60 quilômetros por hora^[5] (Isso não apresenta problemas à relatividade, que se refere à luz no vácuo). Em determinados materiais outras particulas podem se mover mais rápido que a luz. O que acontece é a formação de uma luz brilhante^[6], conhecida como radiação Cherenkov (o efeito é análogo à onda de choque que aviões supersônicos produzem).

A radiação Cherenkov é também esperada no vácuo, caso existam partículas mais rápidas que a luz. E foi essa a ideia do outro experimento. Se o neutrino é realmente mais rápido que a luz, deve ser possível medir essa radiação por onde ele passa.

O resultado: Nenhuma radiação foi detectada.

As duas respostas rápidas para isso: Ou o experimento do OPERA está errado, ou simplesmente a radiação de Cherenkov não funciona como esperado para partículas mais rápidas do que a luz.

O que está acontecendo agora?

Tem muita gente frenética. Não por existir a prova de uma revolução na física, mas simplesmente por existir dados novos, com os quais trabalhar. Cientistas especializados em detectores estão investigando o que pode estar errado no OPERA. Alguns físicos teóricos estão já tentando explicar porque os neutrinos tem velocidade superior a da luz, outros porque a radiação Cherenkov não ocorre com neutrinos. Alguns estão fazendo tudo isso mantendo o que conhecemos de relatividade especial (“Einstein continua certo”), outros modificando levemente o que conhecemos de relatividade (“Einstein estava certo, exceto em um caso particular”) e outros chutando o pau da barraca (“Einstein parecia estar certo, mas era tudo uma ilusão! Fuck the System!”).

Então cada um está preparando o seu barco. Alguns estão pegando remos, outros içando velas. E aguardando pra ver pra que lado a correnteza e o vento vão levar.

E a Temível Mídia?

Não poderia deixar de falar da grande espalhadora do caos, a disseminadora da discórdia. Por desconhecimento e por procurarem notícias bombásticas, você com certeza vai ver sites de notícias falando de tudo, como

• “Cientistas provam que neutrinos são mais rápidos que a luz!”
• “Cientistas provam que neutrinos não são mais rápidos que a luz!”
• “Cientista consegue encontrar erro no experimento”
• “Cientista consegue explicar porque neutrino é mais rápido que a luz”
• “Cientistas provam que neutrinos são mais rápidos que a luz, estão fritando o centro da Terra, e vão trazer a destruição ao planeta em Dezembro de 2012″

Todas essas manchetes, se você não viu ainda, talvez veja em breve. E para o leitor desavisado, pode soar como pegadinha do Malandro: “Mas que diabos? Eles não acabaram de falar uma coisa, agora falam outra?”

Então lembre-se: ideias estão pulando que nem pipoca nas universidades e centros de pesquisa. Mas ainda não estamos ao ponto de dizer qual ideia está “mais correta” que a outra. Por enquanto, o que podemos dizer é “esses neutrinos são do caralho!”, mas não muito mais que isso. Se algum jornal diz algo a respeito dos neutrinos, ótimo, procure saber as novas ideias ou experimentos acontecendo. Mas não tome ainda nada como uma revolução de paradigmas, ou a prova de que viagens no tempo para o passado são possíveis.

^*Embora seja no CERN, não é o LHC!

^†Sua descoberta inicial foi de certa forma uma “não descoberta”. Já se sabia, antes de 1930, que um nêutron pode decair em um elétron e um próton. No entanto, a direção e velocidade das partículas filhas não correspondiam ao esperado para haver conservação de energia e de momento linear. Imagine uma bola de sinuca colidindo com outra. Você sabe que se uma bola for para a esquerda após atingida, a outra vai para a direita. O que estava acontecendo com o nêutron era como as duas bolas de sinuca indo simultaneamente para a esquerda. Ao invés de abandonar as leis da física, você teoriza que existe uma terceira bola, invisível, indo para a direita, para balancear. Foi exatamente assim que Pauli propôs a existência do neutrino. Décadas mais tarde ele foi pela primeira vez detectado diretamente.

Outros textos interessantes, de outros blogs:

O Fantasma da Ópera

Neutrinos: Tudo o que você precisa saber