Energia Livre de Gibbs e entropia

A energia livre recebeu este nome em função de ter sido deduzida pelo cientista Josiah Willard Gibbs, nos Estados Unidos no século XIX, cientista este que foi responsável pelos fundamentos da termodinâmica e pela Físico-Química.

A energia livre de Gibbs (∆Gº), é uma grandeza termodinâmica definida como a diferença entre variação de entalpia (∆Hº) e a temperatura (T) vezes a variação de entropia (∆Sº) em uma reação. De acordo com a equação abaixo:

∆Gº=∆Hº – T∆Sº

onde:

∆Hº= é uma função de estado chamada de variação de entalpia que informa a variação de energia em pressão constante.

T= a temperatura é uma grandeza física intensiva que é influenciada ou sofre influência das variações energéticas durante a movimentação das partículas.

∆Sº= a variação de entropia é uma função de estado que informa a variação de energia em função do estado de liberdade das partículas.

A energia livre é simplesmente um método de medição do trabalho máximo realizado durante um processo. Essa função é uma das mais usadas na química e na bioquímica em virtude desta acompanhar a maioria dos processos reacionais, em virtude de a energia livre ser capaz de predizer se uma reação é espontânea, isto é, caso a temperatura e a pressão sejam constantes. Para que um processo ocorra espontaneamente ∆Gº deve ser negativa como, por exemplo, uma reação exotérmica que apresenta um alto valor negativo de entalpia, onde a entalpia é decisiva na determinação da energia livre, o que por sua vez é favorecido por um valor pequeno e positivo de T∆Sº. Se a ∆Gº=0 o sistema está em equilíbrio, tendência de toda reação química.

A variação de energia livre em Bioquímica

A ∆Gº negativa em bioquímica é rigorosamente seguida sob pena de uma reação não ocorrer caso o valor da grandeza seja positivo ou a liberação energética seja baixa. A vida nos organismos aeróbios existe simplesmente por que eles derivam a energia livre contida na glicose, por exemplo, através da oxidação onde a entalpia é negativa favorecendo um valor negativo de variação de energia livre, aumentando a entropia do ambiente quando estes liberam o CO2 e H2O de acordo com a reação:

Equilíbrio Químico e ΔG°

A variação de energia livre ΔG de um sistema representa a energia requerida para que seja realizado trabalho útil, em sua mudança de estado. No decorrer da reação observamos que a capacidade de realização de trabalho útil vai gradativamente diminuindo, com o consumo dos reagentes e formação de produto deste modo o sistema atinge o equilíbrio dinâmico, o que mostra que a ΔG tanto dos produtos quanto dos reagentes são iguais fornecendo ΔG=0. De acordo com o diagrama abaixo se conclui que:

ΔG= 0
Sistema atingiu equilíbrio dinâmico

ΔG= positiva
A reação ocorre em favor dos reagentes

ΔG= negativa
Segue para o estado de equilíbrio

Ou expressando por meio das equações:

Onde : R é a constante de Boltzman ou seja R= 0,082 L atm-1

T é temperatura em Kelvins(K) onde K= T em °C + 273,15

Eletroquímica e ΔG°

Quando ΔG° se aproxima de zero em uma célula eletroquímica, esta atingiu o equilíbrio. Onde, os reagentes e os produtos encontram-se na mesma quantidade e a bateria descarregou sua carga dizemos que este sistema encontra-se em equilíbrio. Diante disso um cientista chamado Nernest deduziu uma equação capaz de fornecer a força eletromotriz (fem) através da energia livre, “por que a energia livre é proporcional a fem que depende da concentração dos reagentes na célula.” Essa relação é mais bem expressa através das equações:

ΔG= ΔG° + RTlnK onde:

ΔG= -nFE e ΔG°=-nFEº substituindo,

-nfE=-nFEº+RT lnK dividindo os termos por –nF temos:

E=Eº- RT/nF lnK ( Equação de Nernest)

Calculando a energia livre de Gibbs

Calcule a variação de energia livre da formação da amônia a 25ºC e 1atm. Quando ∆Hº= -46,11KJ∙mol-1 e ∆Sº=-99,37 J∙K-1∙mol-1, de acordo com a reação:

Passo 1: Transformar a temperatura que está em Celsius para Kelvin e a variação de entropia de J∙K-1∙mol-1 para KJ∙K-1∙mol-1.

Passo 2: substituir na equação os dados:

Bibliografia:
MOORE, W.J. “Físico-Química, Trad. 4a. Ed. , Edgard Blücher, São Paulo, 1976.
RUSSEL, JOHN B. “Química Geral”. 2a. Ed., Makron Books, São Paulo, 1994.
P. W. Atkins, Físico-Química, Vol 1. LTC Editora, Rio de Janeiro 1999.

 

Entenda como os físicos procuram o Bóson de Higgs

Com informações do Berkeley Lab e Nature – 03/07/2012

Como os físicos procuram o Bóson de Higgs

Simulação do canal de dois fótons, um dos dois maiores candidatos para ter sido percorrido pela partícula que pode ser – mas pode não ser – o Bóson de Higgs.[Imagem: CERN]

Pode não ser o Bóson de Higgs?

Na madrugada desta quarta-feira, 04h00 no horário de Brasília, o CERN, a organização por trás do maior colisor de partículas do mundo, o LHC, anunciará seus tão esperados resultados sobre o tão esperado Bóson de Higgs.

Os dados foram coletados pelos dois maiores detectores do LHC, o (A Toroidal LHC Apparatus) e o CMS (Compact Muon Solenoid).

Tudo indica que serão anunciados “fortes indícios” da existência da Partícula de Deus.

Contudo, qualquer que seja o sigma alcançado pelos resultados – é necessário superar 5 para ser considerado uma descoberta – tudo o que os físicos poderão dizer será: “Há algo lá.”

Mas será mesmo o Bóson de Higgs? Pode ser. E pode não ser.

Mas por que, com tanto alvoroço, e depois de tantas pesquisas, eles não conseguirão ter certeza?

Para entender isso, é necessário ter ao menos uma vaga ideia do que seja o Bóson de Higgs, a Partícula de Deus, e como os físicos tentam encontrá-la.

Por que as partículas têm massa?

Um bóson de Higgs é uma excitação, uma ressonância – uma representação fugaz, elusiva – do campo de Higgs, que se acredita estender por todo o espaço e dar massa a todas as outras partículas.

No instante do Big Bang, era tudo uma coisa só, um estado de simetria, que durou praticamente tempo nenhum, tendo sido imediatamente quebrada.

Partículas de matéria, chamadas férmions, emergiram desse mar de energia (massa e energia sendo intercambiáveis), incluindo os quarks e os elétrons, que iriam, muito mais tarde, formar os átomos.

Juntamente com eles vieram partículas carreadoras de força, chamadas bósons, que iriam ditar as inter-relações entre todas as partículas. Todos os bósons tinham massas diferentes – em alguns casos, massas muito diferentes.

Usando os conceitos de campo de Higgs e Bóson de Higgs, o Modelo Padrão da Física explica porque os quarks, prótons, elétrons, fótons, e um enorme zoológico de outras partículas têm as massas específicas que eles apresentam hoje.

Como reconhecer o Bóson de Higgs

Estranhamente, no entanto, o Modelo Padrão não consegue prever a massa do próprio Bóson de Higgs – isso só pode ser feito experimentalmente.

E é isso que os cientistas do LHC e do finado colisor Tevatron, nos Estados Unidos, estão tentando fazer.

O problema é que está muito longe de ser simples saber quando o Bóson de Higgs terá sido realmente encontrado.

Qualquer partícula que contenha tanta energia quanto o Bóson de Higgs dura apenas uma fração minúscula de um segundo, antes de se desfazer em outras partículas – um processo chamado decaimento -, cada uma com energia menor.

E mesmo estas resultantes decaem em partículas com energia ainda menor, até finalmente deixarem um rastro que os detectores ATLAS ou CMS conseguem enxergar – ou inferir.

Como os físicos procuram o Bóson de Higgs

Esquema do detector interno do experimento ATLAS. [Imagem: CERN]

Canais de decaimento

De acordo com o Modelo Padrão, o Bóson de Higgs pode decair em pelo meia dúzia de diferentes padrões de trilhas, ou canais.

A probabilidade de cada caminho varia.

Por exemplo, há uma baixa probabilidade de que um Bóson de Higgs com massa equivalente a 100 bilhões de elétron-volts (100 GeV) de energia vá decair em um par de bósons W, portadores da interação fraca.

No entanto, se sua massa for de 170 GeV, a probabilidade de seu decaimento por este canal seria muito elevada.

Mas as medições anteriores, incluindo as feitas no ano passado pelo LHC, e as anunciadas ontem pelo Tevatron, já excluíram muitas massas possíveis para um Bóson de Higgs dentro do Modelo Padrão.

Com base nisso, espera-se detectar algum sinal por volta de 125 ou 126 GeV.

Esses dois canais envolvidos, chamados de canal de dois fótons e canal de quatro léptons, certamente não são as rotas de decaimento mais prováveis.

Segundo Beate Heinemann, dos Laboratórios Berkeley, “a probabilidade que um Bóson de Higgs de 125 GeV decaia em dois raios gama é de cerca de dois décimos de um por cento, e a probabilidade de que ele decaia em quatro múons ou elétrons é ainda menor.”

Ou seja, os físicos encontraram um sinal em um lugar muito improvável.

Encontrar a música no ruído

A chave de tudo – de todas as interpretações das todas as medições de todos os canais dos detectores ATLAS e CMS – é o ruído de fundo.

Mesmo que os canais de dois fótons e quatro léptons tenham uma probabilidade baixa, eles são relativamente livre de ruídos, sinais produzidos por detritos de outras partículas que obscurecem as evidências em outros canais.

As rotas mais prováveis para o decaimento de um Bóson de Higgs com massa próxima a 125 GeV seria o de um quark bottom e um antiquark bottom, ou um par de bósons W, ou um par de partículas tau – mas todos eles são muito mais difíceis de detectar.

“Pacotes de prótons cruzam na frente uns dos outros 20 milhões de vezes por segundo dentro do detector ATLAS, com uma média de 20 colisões em cada cruzamento,” explicou Heinemann.

Filtros eletrônicos selecionam automaticamente os eventos, reduzindo-os para cerca de 100.000 por segundo, apontados como de possível interesse.

Softwares sofisticados reduzem ainda mais a seleção, para algumas centenas de eventos por segundo, que são então gravados e armazenadas para estudos posteriores.

Vários físicos criticam essas técnicas, dizendo que o LHC está jogando fora dados demais, que poderiam conter alguma coisa interessante.

“Nós tentamos manter tudo o que alguém poderia pensar que poderia ser interessante,” defende Heinemann.

Ou seja, o problema não é só saber o que, mas também onde procurar – ainda que isso lembre a lenda na qual o herói perdeu a agulha dentro de casa, mas resolveu procurá-la lá fora por estar mais claro.

Há algo lá

É com base nessa seleção, de dois canais de baixa probabilidade, mas mais fáceis de entender, que os cientistas tiraram suas conclusões que serão anunciadas na madrugada desta quarta-feira.

Analistas consideram difícil que o fator sigma 5, necessário para estabelecer uma descoberta, tenha sido superado.

Mas ainda que seja, o que eles terão realmente observado, será o Bóson de Higgs?

Difícil responder, mas virtualmente impossível de responder com certeza.

A revista Nature publicou ontem uma reportagem cujo título é: “Físicos encontram nova partícula, mas será o Higgs?”

“Ok, há algo lá – uma ressonância,” disse Martinus Veltman, da Universidade de Michigan, ganhador do Prêmio Nobel de Física em 1999. “Agora nós teremos que descobrir se ela tem todas as propriedades que se supõe que o Bóson de Higgs tenha.”

Cientistas fotografam a sombra de um único átomo

Com técnicas cada vez mais precisas, cientistas desta vez conseguiram a impressionante façanha de capturar a imagem da sombra de um átomo de itérbio.

Por Felipe Arruda em 5 de Julho de 2012

Esquema técnico (dir.) mostra como a sombra (esq.) foi capturada (Fonte da imagem: Reprodução/Griffith University)

Calma, a imagem acima não é um daqueles papéis de parede que acompanhavam sistemas operacionais de décadas passadas. Na verdade, por trás dela está uma façanha incrível: pesquisadores do Centro para Dinâmicas Quânticas da Universidade de Griffith, na Austrália, capturaram a imagem da sombra de um átomo.

De acordo com o coautor do artigo publicado na revista Nature, David Kielpinski, a sombra exibida na imagem revela exatamente o comportamento previsto de um átomo. Para a realização da imagem, os pesquisadores precisaram aprisionar o átomo de itérbio dentro de uma câmera de vácuo, segurado por campos magnéticos. Depois, o átomo foi exposto a uma frequência específica de luz que permitiu a captura de imagem por um microscópio de altíssima resolução.

De acordo com Kielpinski, se a frequência da luz fosse alterada em um bilionésimo de potência, a fotografia já não poderia ser realizada. Com esses experimentos, a ciência se beneficia de conhecimentos que poderão ser aplicados à computação quântica e, principalmente, a técnicas de microscopia voltadas para a biologia, atividade em que o excesso de luz acaba danificando amostras biológicas, como células e DNA.

Fonte: Cosmo Magazine

Bóson de Higgs: o que é, o que faz, e o que fazer com ele

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Por Cesar Grossmann em 5.07.2012 as 15:00

Nesta quarta-feira, 4 de julho de 2012, os cientistas do CERN, laboratório europeu de partículas de alta-energia, anunciaram que nos dados coletados em dois anos de colisões de prótons estão os rastros de uma estranha partícula, uma partícula que eles tem 99% de certeza de que é uma nova partícula, algo nunca visto antes em laboratório.

O bóson de Higgs é um dos componentes do chamado Modelo Padrão da Física. O que nos leva a outras perguntas…

Retrato de Família

A nossa história começa com a descoberta do elétron, em 1876, por J. J. Thompson. Em 1911 um outro inglês, Ernest Rutherford, propôs o primeiro modelo para o átomo, que seria composto por um núcleo e uma eletrosfera. Rutherford também foi o descobridor do próton, que ele achou que era uma partícula fundamental (ou seja, não composta de outras partículas).

A descoberta de outras partículas nos anos que se seguiram levaram à criação de um modelo que usava partículas fundamentais, os léptons e quarks, para formar outras partículas. O próton, por exemplo, foi modelado como sendo composto por dois quarks e um anti-quark.

Além dos léptons e quarks, seis de cada, conjuntamente chamados de férmions e que estão envolvidos na formação de partículas, foram propostos quatro bósons, que estariam envolvidos nas interações das forças – a força eletromagnética, que seria intermediada pelos fótons, e as forças nuclear forte, intermediada pelos glúons, e nuclear fraca, intermediada pelos bósons W e Z.

Para completar a família, haveria ainda uma partícula para intermediar a gravidade, o Gráviton (ainda não detectado), e o bóson de Higgs, que não participaria da constituição de nada, mas que seria responsável pela massa das outras partículas.

Bóson ou Campo? Os dois

Cabe aqui uma observação. O bóson de Higgs é o quantum de um campo, chamado campo de Higgs. Em outras palavras, o menor valor de um campo de Higgs é um bóson de Higgs, ou ainda, o campo de Higgs é feito de bósons de Higgs. E onde está este campo? Em todo o universo. Estamos todos mergulhados neste campo, que está em todos os lugares, sem faltar em lugar nenhum.

A interação das partículas com o campo de Higgs é que daria a massa a estas partículas, e não só a elas, mas também aos intermediadores das forças (menos a força eletromagnética, intermediada pelo fóton, que tem massa zero, ou seja, não interage com o campo de Higgs). Sem o campo de Higgs, não haveria massa, não haveriam átomos, não haveriam moléculas, não haveriam planetas, não haveriam estrelas, não haveriam reações químicas, não haveria vida, não haveria eu, nem haveria você.

Voltando ao Modelo Padrão, as partículas fundamentais, todas elas, foram sendo encontradas, uma a uma, nos laboratórios. Só o bóson de Higgs que não. E isto era um problema. Sem encontrar o bóson de Higgs, ninguém sabia exatamente quais as propriedades dele. Algumas propriedades podiam ser previstas, mas outras, não. Ironicamente, a massa do bóson de Higgs era uma das propriedades que não podia ser prevista.

Caçada ao bóson, ou fogos de artifício para Higgs

Os modelos também prediziam uma outra coisa, para que o bóson pudesse ser detectado, seria necessário acertá-lo com uma cacetada de energia. Mais precisamente, com uma martelada maior que 1,4 TeV (tera elétron-volts), ou 10¹² elétron-volts. Parece bastante energia, mas só no mundo microscópico. Você vai precisar 100.000.000 TeV para acender uma lâmpada de 100W por um segundo. Ou, dito de outra forma, um mosquito voando tem 1 TeV. Só que um mosquito tem muitos, mas muitos prótons. Se você der esta energia toda para um só próton, e fizer ele bater de frente com outro próton que tenha também 1 TeV, o impacto vai destruir os dois prótons em uma chuva de partículas menores.

Entra em cena o LHC (Grande Colisor de Hádrons). Ele foi feito para colidir prótons com 7 TeV, ou seja, 5 vezes o valor mínimo teórico. Só que ele estava operando em 4 TeV, que não é sua capacidade plena, mas ainda é o suficiente para criar colisões interessantes. Dois anos colidindo partículas, e hoje temos o anúncio feito por duas das equipes do LHC de que eles tem 99,9% de certeza que descobriram uma nova partícula que tem todo o jeito de ser o bóson de Higgs.

Rescaldo, perspectivas

E agora, o que vai acontecer? Para que será usado o bóson de Higgs? Muita coisa, começando pela física teórica. A descoberta desta partícula a deixa à disposição dos cientistas para análise de suas propriedades. Já sabemos, por exemplo, que o bóson de Higgs tem massa de aproximadamente 133 prótons, ou 125 GeV/c² (sim, a massa está sendo expressa em termos de energia dividida pela velocidade da luz ao quadrado, m = E/c²), e este é só o começo.

O que mais dá para fazer com o bóson de Higgs, além de entender a natureza e o universo em um nível realmente profundo? Nada mais. Talvez da tecnologia usada para encontrar o bóson saia alguma coisa para o cidadão comum, mas o objetivo nunca foi este: sempre foi responder a perguntas essencias, como “do que é feito o universo”. O conhecimento é, sem sombra de dúvida, a maior aventura humana, e a descoberta do bóson de Higgs é parte desta aventura.[Wired, Reuters, CERN, Terra Notícias, Ceticismo.net, Superinteressante]

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O que é o bóson de Higgs?

Por – Felipe Ventura 04 jul, 2012 – 03:36

Hoje o CERN sinalizou que finalmente pode ter encontrado o bóson de Higgs. Mas o que é isto, por que alguns o chamam de “partícula de Deus”, e qual sua importância? O Giz explica.

O bóson de Higgs é uma partícula subatômica…

O Modelo Padrão é uma das teorias mais proeminentes (mas não a única) que tenta descrever como o universo é organizado: as partículas que formam os átomos, a matéria que existe, e as forças que agem sobre ela.

O modelo padrão faz parte da física de partículas, dedicada a reduzir nosso universo tão complicado em seus componentes mais simples. Fazemos isso há séculos: começamos com os átomos; depois vieram prótons, nêutrons e elétrons; e finalmente os quarks e léptons.

O modelo padrão postula que a matéria é composta por 12 partículas: seis tipos de quarks, e seis tipos de léptons. Segundo o modelo, quarks e léptons são indivisíveis.

Além dessas partículas, o modelo padrão reconhece quatro forças fundamentais: gravitacional, eletromagnética, forte e fraca. Cada uma delas tem uma partícula correspondente, que atua sobre a matéria – é o bóson.

…que explica porque existe massa no universo…

Só que essa teoria tem uma grande lacuna: por que algumas partículas têm massa, e outras não? O modelo não explica a existência de massa, só que ela é muito importante. Se não fosse pela massa, todas as partículas fundamentais estariam andando pelo universo à velocidade da luz, sem nunca formar átomos ou matéria.

O mecanismo de Higgs foi proposto em 1964 por seis físicos – entre eles Peter Higgs – para cobrir essa lacuna.

…através do campo de Higgs.

O modelo postula que as partículas não têm massa inerente: na verdade, elas ganham massa passando pelo chamado campo de Higgs. Algumas passam direto por esse campo, sem interagir com ele, e portanto continuam sem massa. Enquanto isso, outras partículas ganham massa: quanto mais elas interagem com o campo, mais pesadas se tornam.

E onde fica esse campo? No universo inteiro. Ele surgiu um trilionésimo de segundo após o Big Bang: todas as partículas criadas não possuíam massa e eram todas iguais. Quando o universo esfriou, criou-se o campo de Higgs, que dá massa às partículas.

Mas, assim como todos os campos de força, ele precisa de uma partícula correspondente. Essa partícula é o bóson de Higgs. Ele é fundamental para a física quântica que conhecemos hoje.

O bóson de Higgs é conhecido por “partícula de Deus”…

O físico Leon Lederman, ganhador do Prêmio Nobel, publicou em 1993 um livro sobre o bóson de Higgs, chamado “A Partícula de Deus: Se o Universo é a resposta, qual é a pergunta?”. No livro, Lederman diz que o bóson de Higgs pode resolver tantos problemas da física, que só poderia ser considerado uma partícula divina. Mas a alcunha “partícula de Deus” só veio porque o editor do livro não gostou da sugestão de Lederman, que queria chamá-la de Partícula do Diabo.

O físico tcheco Luboš Motl apoiou o nome “Partícula de Deus”, e traçou um paralelo entre o livro Gênesis, da Bíblia, à formação do espaço de Higgs. Motl é ateu, e descreve aqui a versão “cientificamente correta” da formação do universo.

A expressão “partícula de Deus” é bastante usada pela mídia, mas os cientistas criticam seu uso por diversos motivos – entre eles, por criar um debate religioso onde não há. O físico Henrique Xavier, do Instituto de Física da USP, deixa claro nesta página qual a relação entre a questão teológica e a descoberta do bóson de Higgs: “nada”.

…e pode ter sido descoberto pelo CERN…

Apesar de postulado há cinquenta anos, até hoje ninguém provou empiricamente a existência do bóson de Higgs. Há tempos, cientistas usam colisores de partículas para procurar evidências de que o bóson de Higgs existe. Na verdade, eles nem sabem qual a massa dessa partícula – e o modelo não responde isto.

O que fazer? Verificar, em várias faixas de massa, se existe o bóson de Higgs. Os cientistas conseguiram excluir sua existência em diversas faixas de massa, restringindo-o entre 115 e 141 GeV, ou gigaelétron-volts. (Cientistas medem a massa das partículas como se fosse energia, já que toda massa tem uma equivalência em energia.)

Hoje, o CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) divulga que encontrou “sinais claros de uma nova partícula, ao nível 5 sigma, com massa ao redor de 126 GeV”. 5 sigma significa 99,9999% de certeza, ou seja, trata-se de algo realmente relevante. “Isto é de fato uma nova partícula. Sabemos que deve ser um bóson, e este é o bóson mais pesado já encontrado”, diz o físico Joe Incandela do CERN.

Quer dizer, eles descobriram um novo bóson na faixa de massa do bóson de Higgs, e que se comporta como ele. Então eles acharam a partícula sem sombra de dúvida? Calma. Eles estão bem empolgados, mas ao mesmo tempo cautelosos: “as implicações são bem significativas, e é precisamente por este motivo que precisamos ser extremamente diligentes em todos os nossos estudos”.

…usando o Grande Colisor de Hádrons, ou LHC.

O LHC é o acelerador de partículas do CERN. Ele tem formato de anel, com circunferência de 27km, e fica abaixo do solo na fronteira entre a França e a Suíça. O LHC colide prótons a uma velocidade próxima a da luz para simular as condições do Big Bang. Assim, é possível encontrar partículas e verificar se a teoria do Modelo Padrão está certa.

Mas o bóson de Higgs é difícil de se observar. Acredita-se que ele só apareça em níveis de energia tão altos que só poderíamos gerá-lo usando o LHC. Além disso, o bóson de Higgs decai muito rápido – ou seja, se transforma em outras partículas – e não pode ser visto diretamente. Mas o modelo padrão prevê como o bóson de Higgs decai: se for encontrado o mesmo padrão, a teoria se confirma. Foi isso o que aconteceu: o CERN descobriu um bóson que se comporta como no modelo padrão.

O LHC é usado por dois grupos de pesquisa independentes, o CMS e o ATLAS. Apesar de usarem o mesmo aparelho, os resultados são separados. Mesmo assim, ambos chegaram à mesma conclusão: há uma nova partícula que pode ser o bóson de Higgs.

Agora, os dois grupos vão continuar testando como a nova partícula decai. Se os resultados seguirem conforme o previsto pelo modelo padrão, estará confirmado: trata-se mesmo do bóson de Higgs. Os estudos ainda serão publicados em periódicos científicos.

Mas ele pode não existir…

Pode ser que, aprofundando os estudos, o bóson de Higgs na verdade não exista. Se for o caso, este ano os cientistas param de procurar por ele. “Se percebermos uma falta de eventos em toda a faixa de massa, então claramente nós vamos começar a desfavorecer a presença do modelo de Higgs padrão em dados do LHC”, diz um porta-voz do grupo CMS.

Mas, como lembra o físico Matt Strassler, da Rutgers University, não precisamos de um bóson de Higgs para explicar a massa. Segundo ele, físicos só procuram pela partícula porque é a forma mais fácil de acessar o campo de Higgs.

Se a partícula não existe, há outras possibilidades. Por exemplo, é possível que o campo de Higgs não esteja vinculado a nenhuma partícula. Pode ser que uma quinta força desconhecida dê massa à matéria. Ou pode ser que o segredo se esconda na quarta dimensão. Há diversas teorias alternativas que podem tomar o lugar do bóson de Higgs – basta provar que ele não existe.

…e por mais que exista, ele ainda deixa muitas perguntas em aberto.

Se a existência do bóson de Higgs for confirmada, ainda restam muitas dúvidas. Ele explica a matéria, objeto central do modelo padrão, mas e o restante? Acredita-se que apenas 4% do universo é matéria: o restante seriam matéria escura e energia escura, que podem ser ainda mais difíceis de se observar.

Como lembra o próprio CERN, a jornada continua.

[BBCHow Stuff WorksG1Info]

Cientistas descobrem ‘pistas’ do que pode ser a “partícula de Deus”, entenda…

Gráfico distribuído pela Cern que representa colisão de partículas

Cientistas do Cern (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) anunciaram nesta quarta-feira terem descoberto uma nova partícula subatômica que pode ser o tão procurado Bóson de Higgs, conhecido como a “partícula de Deus” e considerado crucial para entender a formação do Universo.
“Confirmo que uma partícula foi descoberta e é consistente com a teoria do Bóson de Higgs”, declarou John Womersley, executivo-chefe do Conselho de Ciência e Tecnologia em Londres, que está trabalhando com o Cern.
O resultado foi considerado preliminar, mas um indicativo “forte e sólido” da partícula. Ainda assim, são necessárias mais pesquisas para comprovar que o que eles viram é de fato a partícula de Higgs.
Os cientistas alegam ter encontrado uma “curva” nos dados sobre as variações de massa das partículas geradas no imenso acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons. Essa “curva” corresponde a uma partícula que pesa 125,3 gigaelectronvolts (Gev) – cerca de 133 vezes mais pesada do que o próton existente no âmago de cada átomo.
O que não se sabe é se a partícula descoberta é realmente o Bóson de Higgs, uma variante ou uma partícula subatômica completamente nova, que leve a reformulações das teorias sobre a formação da matéria.
“É de fato uma nova partícula. Sabemos que deve ser um bóson, e o bóson mais pesado já conhecido”, disse o porta-voz dos experimentos, Joe Incandela. “As implicações são significativas, e é justamente por isso que precisamos ser diligentes em nossos estudos e checagens.”
Entenda o que são as pesquisas e sua importância:

O que é o Bóson de Higgs?

Segundo teorias da Física que aguardam comprovação definitiva, Higgs é uma partícula subatômica considerada uma das matérias-primas básicas da criação do Universo.
Existe uma teoria quase completa sobre o funcionamento do Universo, com todas as partículas que formam os átomos e moléculas e toda a matéria que vemos, além de partículas mais exóticas. Esse é o chamado Modelo Padrão.
Mas há um “buraco” na teoria: ela não explica como todas essas partículas obtiveram massa. A partícula de Higgs, cuja teoria foi proposta inicialmente em 1964, é uma explicação para tentar preencher esse vácuo.
Segundo o Modelo Padrão, o Universo foi resfriado após o Big Bang, quando uma força invisível, conhecida como Campo de Higgs, formou-se junto de partículas associadas, os Bósons de Higgs, transferindo massa para outras partículas fundamentais.

Por que a massa é importante?

A massa é simplesmente uma medida de quanto qualquer objeto – uma partícula, uma molécula, um animal – contém em si mesmo. Se não fosse pela massa, todas as partículas fundamentais que compõem os átomos e os animais viajariam pelo cosmos na velocidade da luz, e o Universo como o conhecemos não seria agrupado em matéria.
A teoria em questão propõe que Campo de Higgs, permeando o Universo, permite que as partículas obtenham massa. Esse processo pode ser ilustrado com a resistência que um corpo encontra quando tenta nadar em uma piscina. O Campo de Higgs permeia o Universo como a água enche uma piscina.

Como se sabe que o Higgs existe?

A caça ao Higgs é uma das razões que levaram à construção do imenso acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), do Cern (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), na Suíça. A primeira vez que se falou da partícula foi em 1964, quando seis físicos, incluindo o escocês Peter Higgs, apresentaram uma explicação teórica à propriedade da massa.
O Modelo Padrão é um manual de instruções para saber como funciona o cosmos, que explica como as diferentes partículas e forças interagem. Mas a teoria sempre deixou uma lacuna – ao contrário de outras partículas fundamentais, o Higgs nunca foi observado por experimentos.
Agora, os pesquisadores do Cern dizem que descobriram uma partícula que pode ser o Bosón de Higgs, mas destacam que mais pesquisas são necessárias para confirmar a descoberta.

Como os cientistas buscam o Bóson de Higgs?

Ironicamente, o Modelo Padrão não prevê a existência de uma massa exata para o Higgs. Aceleradores de partículas como o LHC são utilizados para pesquisar a partícula em um intervalo de massas onde ela possa estar.
O LHC esmaga dois feixes de prótons próximos à velocidade da luz, gerando uma série de outras partículas. É possível que o Higgs nunca seja observado diretamente, mas os cientistas esperam que ele exista momentaneamente nessa “sopa” de partículas. Se ele se comportar como os pesquisadores esperam que ele se comporte, pode se decompor em novas partículas, deixando um rastro de provas de sua existência.

Quais evidências os cientistas podem encontrar?

O Bóson de Higgs é instável. Caso seja produzido a partir das bilhões de colisões no LHC, o bóson rapidamente se transformará em partículas de massa menor e mais estáveis. Serão essas partículas os indícios que os físicos poderão usar para comprovar a existência do bóson, que aparecerão como ligeiras variações – como a anunciada nesta quarta – em gráficos usados pelos cientistas. Portanto, a confirmação se dará a partir de uma certeza estatística.

E se o Bóson de Higgs não for encontrado?

Caso se comprove que o Bóson de Higgs não existe, a teoria do Modelo Padrão teria de ser reescrita. Isso poderia abrir caminho para novas linhas de pesquisa, que podem se tornar revolucionárias na compreensão do Universo, da mesma forma que uma lacuna nas teorias da Física acabou levando ao desenvolvimento das teses da mecânica quântica, há um século.

Como o Bóson de Higgs pode mudar a Física como a conhecemos


Físicos podem ter comprovado experimentalmente a existência da partícula que deu origem ao universo.

Por Maria Luciana Rincon Y Tamanini em 3 de Julho de 2012

(Fonte da imagem: Reprodução/CERN)

De acordo com o pessoal do site Dvice, a CERN — Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear — deve anunciar nesta quarta-feira, com 99,99% de certeza, que foram encontradas evidências sobre a existência do Bóson de Higgs.

A teoria sobre a existência do Bóson de Higgs — partícula elementar que surgiu logo após o Big Bang e que teria dado origem a toda a matéria existente no universo — apareceu ainda na década de 60, mas, até agora, os cientistas não haviam conseguido provar a sua existência com nenhum tipo de experimento. Até agora, aparentemente.

Modelo padrão da física de partículas

Todas as partículas fundamentais que constituem a matéria, assim como suas forças, foram descritas pelo modelo padrão. Assim, é através dele que os físicos conseguem desenvolver os equipamentos necessários para comprovar a existência dessas partículas teóricas.

Até o momento, a existência de todas elas — de quarks a neutrinos — já foram detectadas experimentalmente, confirmando que o modelo padrão estava correto. A última delas seria o Bóson de Higgs, que demorou tanto tempo para ser detectado devido à energia necessária para reproduzir um em laboratório.

 

Fonte da imagem: Reprodução/CERN)

O modelo padrão explica quase tudo

O modelo padrão também serve para predizer como essas partículas devem se comportar. Contudo, é somente através dos experimentos que os físicos podem comprovar se o modelo realmente tem razão.

E, embora esteja absolutamente correto sobre a existência de muitas coisas, existem algumas questões superimportantes que não conseguiram ser explicadas ainda. Entre algumas delas estão a força da gravidade, o tempo, a matéria escura e a antimatéria.

Portanto, caso realmente seja confirmada a existência do Bóson de Higs amanhã, os físicos poderão se preocupar em conseguir explicar algumas das questões que mencionamos acima. Por outro lado, caso a sua existência não seja confirmada, isso significaria uma falha na base da física padrão, e quem sabe os cientistas não tenham que partir para uma nova e revolucionária teoria?

Fontes: Dvice e CERN

Leia mais em: http://www.tecmundo.com.br/mega-curioso/26100-como-o-boson-de-higgs-pode-mudar-a-fisica-como-a-conhecemos.htm#ixzz1zasAzz8S

8 fotos do LHC, o maior acelerador de partículas do mundo

Por Vanessa Daraya, de INFO Online

• segunda, 02 julho 2012 – 16h05.

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Tevatron anuncia resultados da busca pelo Bóson de Higgs

Redação do Site Inovação Tecnológica – 02/07/2012

Tevatron anuncia resultados do Bóson de Higgs

Com um sigma 2,9 – de um máximo de 5 – a partícula de Deus continua no reino da teoria.[Imagem: Fermilab]

Chamando a atenção

Cientistas do colisor Tevatron, dos Estados Unidos, anunciaram resultados que indicam “a mais forte indicação encontrada até hoje da existência da longamente sonhada partícula de Higgs”.

É bom salientar que o anúncio não foi feito pelo CERN, que dirige o LHC, que é outro laboratório, localizado na Europa.

Na verdade, o anúncio da equipe norte-americana soou como um pouco simpático oportunismo, uma vez que o CERN agendou para esta quarta-feira o anúncio dos seus últimos resultados referentes à busca pelo bóson de Higgs.

O laboratório Tevatron foi desativado no ano passado, mas ainda há montanhas de bytes nos computadores do laboratório para serem analisados e reanalisados.

As análises agora divulgada contemplam 500 trilhões de colisões produzidas pelo Tevatron desde 2001.

“Nossos dados apontam fortemente para a existência do bóson de Higgs, mas será necessário olhar os resultados dos experimentos do LHC na Europa para estabelecer uma descoberta,” disse Rob Roser, membro do experimento CDF (Collider Detector at Fermilab).

A análise contou também com a participação da colaboração DZero.

Sigma 2,9

Os resultados do Tevatron apontam para um sigma 2,9, em uma escala de 5, a precisão necessária para definir que o bóson de Higgs foi realmente encontrado.

Tevatron anuncia resultados do Bóson de Higgs

O Tevatron colidia prótons e antiprótons, o que mostraria o bóson de Higgs decaindo em um quark e um antiquark bottom. Já o LHC colide prótons com prótons, e os sinais do bóson de Higgs devem aparecer conforme a partícula decaia em dois fótons. [Imagem: Fermilab]

Os dados também asseguram que, se a Partícula de Deus realmente existir, ela deve ter uma massa entre 115 e 135 GeV/c2, o que é compatível com os 125 GeV anunciados pelo LHC em Dezembro passado.

A partícula de Higgs, ou bóson de Higgs, deve seu nome ao físico escocês Peter Higgs, um dos teóricos que ajudaram a desenvolver, nos anos 1960, o modelo teórico que explica porque algumas partículas têm massa e outras não.

Como este seria um primeiro passo rumo ao entendimento da origem da massa, os físicos gostam de chamar o bóson de Higgs de “Partícula de Deus”.

Tanto o Tevatron quanto o LHC têm a busca pela partícula como um dos seus principais objetivos.

Os sigmas da física

A física das partículas tem uma definição para uma “descoberta”: um nível de certeza de cinco sigmas.

O número de desvios-padrão, ou sigmas, é uma medida de quão improvável é que um resultado experimental deva-se simplesmente ao acaso, em vez de um efeito real.

O nível três sigmas representa a mesma probabilidade de jogar uma moeda e obter oito caras ou oito coroas em sequência.

Obter cinco sigmas, por outro lado, corresponderia a lançar a moeda mais de 20 vezes e obter sempre o mesmo resultado.

É altamente improvável que um resultado de cinco sigmas aconteça por acaso, e, assim, um resultado experimental cinco sigma torna-se uma descoberta aceita pela comunidade científica.

A descoberta do Bóson de Higgs.

O bóson de Higgs foi finalmente descoberto?

Cientistas do Cern devem anunciar a descoberta na quarta-feira (04/07/12)

por Redação Galileu

Editora Globo

A imagem retrata o Cern, onde cientistas podem ter detectado a presença do bóson de Higgs // Crédito: Getty

Segundo informações do DailyMail, pesquisadores da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear devem anunciar nesta quarta-feira, dia 4 de julho, a descoberta do bóson de Higgs, também conhecido como ‘a partícula de Deus’. Até Peter Higgs, o físico teórico que dá o nome à partícula, foi convidado para a coletiva de imprensa.

Especula-se que os cientistas do Cern tenham alcançado um nível “5 sigma” de certeza para anunciar a descoberta – o que significa que eles estão 99.99995% certos de que o bóson de Higgs foi encontrado.

Mas por que tanto alarde? – você pode estar se perguntando. Basicamente, o bóson de Higgs pode ser a chave para a compreensão do universo, dando às partículas que compõem os átomos sua massa. Sem a massa, as partículas iriam acelerar pelo universo, sem conseguir ligar-se umas às outras formando os átomos e, por conseqüência, qualquer estrutura física que conhecemos.

Para comprovar a teoria do bóson de Higgs os físicos devem ter criado, no Grande Colisor de Hádrons, algumas destas partículas dentre trilhões de colisões. Impossíveis de ser detectadas, por desaparecerem muito rápido, elas deixariam para trás, no entanto, uma marca após sua desintegração, denunciando a sua presença.

Vamos aguardar, assim como toda a comunidade científica, o anúncio oficial de quarta-feira.

Via DailyMail

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