De quando pinguins invadem o Modelo Padrão
Não é raro encontrarmos termos inusitados dando nomes à objetos de teorias na Física. Talvez os mais famosos sejam os nomes dos quarks de segunda e terceira geração: Charmoso, Estranho, Bottom e Top. Esses últimos já foram chamados de Beauty e Truth, mas convenhamos que a troca não foi exatamente benéfica para a reputação dos dois. =P
O leitor pode achar que os nomes dados aos quarks nem sejam tão estranhos assim, ou que sejam até charmosos. Entretanto, duvido que deixe de concordar comigo sobre a doidera de se ter algo na Física que leve o nome de Pinguim.
Quando estuda-se decaimentos e reações de partículas elementares,
utiliza-se como auxílio nos cálculos uma série de desenhos chamados
Diagramas de Feynman. Esse diagramas são úteis porque levam de maneira mais ou menos direta às equações que nos informam sobre a probabilidade de ocorrência daquela reação ou decaimento.
Um tipo desses diagramas é chamado de Diagrama Pinguim. Cuja aparência é como segue:
“Olhem só! Não é que parece um Pinguim mesmo? Vai ver é por isso que ele recebe esse nome, não? Talvez um Físico com excesso de imaginação (quase todos eles) tenha dado o nome devido à aparência.”
Sinto informar que a história é um pouco mais interessante. Tudo começou com John Ellis (reproduzida aqui por Mikhail Shifman):
“Mary K. [Gaillard], Dimitri [Nanopoulos], and I first got
interested in what are now called penguin diagrams while we were
studying CP violation in the Standard Model in 1976… The penguin name
came in 1977, as follows.In the spring of 1977, Mike Chanowitz, Mary K. and I wrote a paper on GUTs [Grand Unified Theories] predicting the b
quark mass before it was found. When it was found a few weeks later,
Mary K., Dimitri, Serge Rudaz and I immediately started working on its
phenomenology.That summer, there was a student at CERN,
Melissa Franklin, who is now an experimentalist at Harvard. One
evening, she, I, and Serge went to a pub, and she and I started a game
of darts. We made a bet that if I lost I had to put the word penguin
into my next paper. She actually left the darts game before the end,
and was replaced by Serge, who beat me. Nevertheless, I felt obligated
to carry out the conditions of the bet.For some time, it was not clear to me how to get the word into this b
quark paper that we were writing at the time…. Later…I had a sudden
flash that the famous diagrams look like penguins. So we put the name
into our paper, and the rest, as they say, is history.”
Ou, porcamente traduzido por mim:
Mary K. [Gaillard], Dimitri [Nanopoulos] e eu nos interessamos pelo que é chamado agora de Diagramas Pinguim enquanto estudávamos Violação CP no Modelo Padrão em 1976. O nome Pinguim apareceu em 1977, como segue:
Na primavera de 1977, Mike Chanowitz, Mary K. e eu escrevemos um artigo sobre Teorias de Grande Unificação predizendo a massa do quark b antes de ser descoberto. Quando foi encontrado algumas semanas mais tarde, Mary K., Dimitri, Serge Rudaz e eu começamos imediatamente a trabalhar em sua fenomenologia.
No verão, havia uma estudante no CERN, Melissa Franklin, que agora é uma experimentalista em Harvard. Numa noite, ela, eu e Serge fomos a um bar, e ela e eu começamos um jogo de dardos. Nós apostamos que se eu perdesse eu teria que colocar a palavra Pinguim em meu próximo artigo. Ela deixou o jogo de dardos antes do fim e foi substituída por Serge, que me venceu. Contudo, me senti obrigado a cumprir as condições da aposta.
Por algum tempo, não me estava claro como por a palavra no artigo sobre o quark b que estava escrevendo na época… Mais tarde, tive uma idéia súbita de que os famosos diagramas pareciam Pinguins. Então botamos o nome no nosso artigo, e o resto, como dizem, é história.
Os amigos leitores sabem agora que nunca se deve subestimar as consequências de uma aposta entre Físicos.
Legendem os Físicos! 4
Em concordância com a semana de blogagem coletiva sobre a Luz, aí vai uma foto clássica (ou relativística, se preferirem =P) para ser legendada:
Luz: Mais rápida que a dor de barriga!
Observar o céu noturno é como viajar no tempo. É observar o passado. Estrelas que estamos vendo neste instante talvez nem existam mais, simplesmente porque a Luz que emitem não chega instantaneamente até nós. Sua velocidade é absurdamente grande, é verdade. Tão grande que, para todos os efeitos cotidianos, ela parece infinita. Só que frente à imensidão do Cosmos até a Luz parece viajar lentamente.
Nem por isso os exatos 299.792.458 m/s da Velocidade da Luz no Vácuo deixam de ser impressionantes. “Espera, espera, exatos? Como assim?” Calma, que chegaremos lá.
Foi apenas no Século 17 (números romanos my ass) que a finitude da velocidade da Luz começou a ser estabelecida experimentalmente por observações astronômicas. Antes disso, tentativas experimentais locais esbarravam na dificuldade técnica. Os experimentos idealizados por Galileu, por exemplo, foram inconclusivos.
Em 1676, Ole Christensen Rømer, observando o movimento da lua Io de Júpiter, estimou a razão entre a velocidade da luz e a velocidade de translação da Terra como sendo de 9300. O valor aceito atualmente é de cerca de 10100.
Christian Huygens e Isaac Newton também fizeram algumas estimativas, mas a medida antiga mais surpreendente foi a de James Bradley, em 1728, ao analisar o fenômeno, de sua própria descoberta, da Aberração da Luz.
A Aberração da Luz é um fenômeno pelo qual a posição das estrelas parece modificar-se devido ao movimento da Terra. Um tanto análogo a quando as gotas de chuva parecem incindir obliquamente no parabrisas de um carro em movimento, mas perpendicularmente ao carro quando ele está parado.
Bradley mediu esse desvio para a Luz e pode estimar sua velocidade em 298.000 km/s!
A primeira medição “terrestre” foi de Hippolyte Fizeau em 1849. Num experimento semelhante ao idealizado por Galileo, Fizeau obteve 313.000 km/s. O experimento foi mais tarde aprimorado por Leon Foucault (sim, sim, o mesmo do pêndulo) que em 1862 publicou sua estimativa de 298.000 km/s.
Desde então, as medidas foram sendo mais e mais aprimoradas, como mostram os gráficos abaixo (tirados daqui):
Uma coisa estranha aparece no gráfico acima, não? As medidas param, por volta da primeira metade da década de 1980. Será que os Físicos desistiram de tentar medir de forma cada vez mais precisa a velocidade da Luz?
Acontece que em 1973, obteve-se uma medida para a velocidade da Luz no vácuo com valor de 299.792,457 km/s mais ou menos uma incerteza de 0,001 km/s. Apenas um metro de incerteza! Isso, somado à mudança constante na definição do metro, fazia parecer uma boa idéia redefinir o metro em função da Velocidade da Luz no vácuo.
Até 1983, utilizava-se para a definição do Metro e do Segundo determinadas medidas de propriedades atômicas, respectivamente, 1.650.763,73 comprimentos de onda da linha de
emissão vermelho-alaranjada do espectro do Criptônio 86 e 9.192.631,770
períodos da radiação correspondente à transição de dois estados
hiperfinos do nível fundamental do átomo de Césio 133.
Em 1983, um metro passou a ser o espaço percorrido pela Luz em 1/299.792.458 de segundo. Com o segundo definido por propriedade atômicas.
E a Velocidade da Luz no vácuo passou a ser então, por definição, exatos 299.792.458 m/s.
Impressionante, por definição.
PS: A sugestão de título foi do Rafael. Reclamações com ele. =P
A proverbial agulha na piscina de Xenônio
Se deus está nos detalhes, desta vez ele só pode estar de sacanagem.
Semana passada, a Symmetry publicou em seu site um artigo sobre o experimento EXO (Observatório de Xenônio Enriquecido) projetado para a observação (ou não) do fenômeno do Decaimento Beta Duplo sem Neutrino.
No Decaimento Beta comum, um nêutron decai em um próton emitindo um elétron e um antineutrino. É esse decaimento, por exemplo, o responsável pela transformação de Carbono 14 em Nitrogênio 14 e do Rubídio 87 em Estrôncio 87, que são usados em métodos de datação radiativa.
Alguns isótopos podem sofrer Decaimento Beta Duplo, com emissão de 2 elétrons e 2 neutrinos. Esse tipo de decaimento é bem mais raro e foi observado pela primeira vez em 1986. A observação do Beta Duplo é tão rara devido à meia-vida média de mais de 1019 anos (como comparação, a idade do Universo é da ordem de 1010 anos).
Mais raro ainda, tão raro que ainda não foi observado, é o Decaimento Beta Duplo sem emissão de neutrinos. E esse é o objetivo do experimento EXO (dentre outros em operação com o mesmo objetivo).
O EXO utiliza um tanque de 200kg de Xenônio 136 líquido para tentar observar o decaimento em Bário 136 através do Beta Duplo e, se derem bastante sorte, do Beta Duplo sem Neutrinos. O grande problema é que, mesmo com toda essa quantidade de Xenônio (a ser aumentada para 10 toneladas) espera-se um decaimento de vez em quase nunca e a detecção de um átomo de Bário num tanque com 1028 átomos de Xenônio é de um desafio imenso.
O leitor astuto pode estar se indagando: independentemente da detecção do Bário, que deve ocorrer pelo decaimento duplo com ou sem neutrinos, se os neutrinos são partículas que pouco interagem com outras, como diferenciar se ele é emitido ou não, já que tão poucos serão produzidos?
Para responder a isso podemos voltar à própria descoberta do Neutrino, que, não surpreendentemente, aconteceu através do decaimento Beta.
Ao se medir a energia com que o elétron era emitido no decaimento Beta, foi observado uma coisa inusitada: ele não era emitido sempre com a energia máxima possível mas apresentava uma distribuição da forma abaixo:
O eixo horizontal indica a energia do elétron. O eixo vertical indica o número de elétrons medidos com aquela energia. Esse tipo de distribuição indicava que uma terceira partícula (que deveria ser neutra, já que não deixava rastros nas câmaras de nuvem) estaria envolvida no decaimento. Essa partícula carregava parte da energia liberada no decaimento e fazia com que pouquíssimos elétrons fossem emitidos próximos da energia máxima.
Analogamente, se os responsáveis pelo EXO medirem um espectro de energia para os elétrons emitidos semelhante ao acima, significa que o decaimento envolvido é o Beta Duplo normal. Por outro lado, se observarem um pico em torno da energia máxima, o decaimento é o Beta Duplo sem neutrinos.
Nesse último caso, estará confirmado um dos fenômenos chave para entender a física dos neutrinos Não vou me estender mais sobre isso já que daria material para várias postagens. Os interessados podem pesquisar sobre neutrinos de Majorana, sobre a hierarquia das massas dos neutrinos, etc.
Para finalizar, gostaria de ecoar o comentário do blog Physics and Physicists. Todo esse esforço experimental é para se observar um fenômeno raríssimo. E mesmo assim, com bastante dedicação e esperteza, é possível superar as dificuldades.
Não é raro vermos defensores de MUCHALOKICES inventando desculpas das mais esfarrapadas para a não observação de suas doideiras por experimentos controlados. Um dos argumentos seria que as MUCHALOKICES seriam muito raras para serem observadas.
Só que pelo que vimos do experimento EXO, quanto mais controladas as condições do experimento melhores são as chances de observá-lo, por mais raro que seja.
Legendem os Físicos! 3
Quero pedir desculpas pela falta de postagens, esta semana foi bastante ocupada. Agora vamos aos Físicos a serem legendados:
Wolfgang Pauli (à esquerda), Niels Bohr (à direita) e um pião. Piada pronta, não? Mãos às legendas, amigos!
Renan é doutorando em Física. Atualmente estuda as partículas elementares chamadas de neutrinos, especialmente aqueles de altas energias produzidos em objetos astrofísicos. Gosta do que faz apesar de não ser tão bom nisso quanto acha necessário.