LHC: Acelerador de Prótons e Núcleos

O que é o LHC?

Diagrama do LHC

O LHC (Large Hadron Collider) o grande acelerador de hadrons,  está sendo conhecido como a máquina do Big Bang porque os cientistas querem recriar as condições de temperatura e densidade extremas similares àquelas que existiram logo após o Big Bang. Consiste de um enorme túnel circular  (27 km de circurnferência) subterrâneo (média de 100 metros abaixo solo). O LHC é um dos experimentos do CERN, onde a internet foi inventada! Watch the 3minutes video.

O que o LHC faz?

Acelera prótons ou núcleos atômicos (íons de chumbo), que são partículas com carga elétrica, usando campos elétricos para acelerar e magnéticos para colimar, até a velocidades muito próximas do limite, que é a velocidade da luz. Um feixe vai acelerar e rodar em uma direção no anel e outro vai rodar em direção oposta. Quando os dois feixes de hadrons estiverm “no ponto”, elas entrarão em rota de colisão e BANG.

Um magneto do LHC

Pra que serve o LHC?

Nos momentos de colisão, as forças elétricas e nucleares devem ser tão intensas que partículas podem ser criadas. Um dos objetivos do LHC é encontrar partículas que ainda não tinham sido observadas. Inclusive uma partícula que os teóricos prevêem que deve existir nestas condições, o bóson de Higgs.

É seguro?

Sim! Só não pode ficar dentro do anel, obviamente.

A imprensa veiculou notícias de que o experimento poderia criar mini buracos negros que poderiam engolir todos nós, ou que haveria uma explosão nuclear sem controle, ou seríamos fritos por raios cósmicos que o LHC criasse etc. Pura histeria!

Por que parou? Parou por que?

O acelerador iniciou a operação de criar, acelerar e colimar um feixe de prótons no dia 10 de Setembro. Foi inaugurado com pompas e tudo, mas um feixe sozinho tinha o objetivo de fazer testes mais precisos e ajustes se necessário. Ele parou por causa de um vazamento de Hélio líquido em um dos magnetos ou imãs  durante alguns testes. Nem feixe havia.  Read the press release.

Os quase dez mil magnetos que geram o campo magnético (veja foto acima de um deles) no interior do anel usam fios super-condutores que devem ser mantidos resfriados a temperatura de Hélio em regimes de super-fluidez, próximo ao zero absluto. A corrente elétrica em um magneto destes chega a 5 TeV. Se os fios do magnetos sairem do regime de super-condutores, eles rapidamente aquecem e a corrente deve ser terminada imediatamente.

Vale a pena?

O LHC envolve milhares de cientistas, levou uns 20 anos para construir e custou mais de dez mil bilhões de dólares. Vale a pena? Os físicos acham que sim pois o custo é uma fração ínfima do PIB mundial e pode trazer alguns dados do Universo em que vivemos e quem sabe entender um pouco mais da matéria escura que o domina.

UPDATE:

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Música com instrumentos mecânicos, eletrônicos e fotônicos.

Percebemos os sons produzidos por diversas fontes e os músicos usam todo tipo de instrumento para compor e tocar suas peças.

Os instrumentos musicais mais conhecidos usam vibrações mecânicas como princípio gerador de ondas sonoras: Piano, violão e violino, por exemplo, têm “cordas” apropriadamente tensionadas que oscilam em modos característicos em resposta a uma perturbação: uma batida pelo martelinho, um toque com os dedos ou uma fricção com o arpão, respectivamente. Os instrumentos de sopro usam modos de vibração de pressão do ar ao entrar, passar e ou sair do instrumento. E os instrumentos de percussão usam outras fontes, mas são essencialmente mecânicas.

Os instrumentos eletrônicos por outro lado usam circuitos elétricos para acionar um dispositivo mecânico, uma caixa acústica. Mesmo assim, os instrumentistas devem acionar o circuito elétrico por um toque ou contato mecânico.

Mas não precisa ser assim. Parece haver um novo interesse no Teremin.

O teremin é um dos primeiros instrumentos musicais completamente eletrônicos. Inventado em 1919 pelo russo Lev Sergeivitch Termen (conhecido também pela forma francesa do nome: Léon Theremin).

O teremin não precisa de contato mecânico para produzir som. O instrumentista controla os sons pelas distâncias relativas às antenas.

É provável que você já tenha ouvido o instrumento, sem saber, em algum filme de ficção científica, terror ou suspense. Mas o instrumento pode ser tocado com outras finalidades. Por exemplo:

ou

Não é fácil tocar um Teremin. Veja as tentativas do gato.

Uma outra classe de instrumento musical além do mecânico e eletrônico, podemos dizer que a Harpa
a Laser é um instrumento fotônico. Veja Jean Michel Jarre tocando uma harpa com poderosos lasers. Ele usa luvas para não queimar a mão e deveria usar óculos de proteção também. A música é simplória mas o efeito visual é legal.

Ouça o concerto do Teremin e Piano.

Watch the BBC on Theremin (3m22s)

Dica da Jennifer Ouellette on tripping the light fantastic.

Gravidade das Ondas

Existe uma quantidade enorme de fenômenos descritos por ondas (lineares) que são caracterizadas por seu comprimento (distância entre as cristas), sua velocidade de propagação e por sua amplitude (uma medida do desvio da situação de equilíbrio local). Vivemos imersos em ondas.

As ondas eletromagnéticas de rádio, TV, celular etc estão em qualquer lugar urbano atualmente. Só percebemos a presença destas ondas quando usamos algum aparelho projetado para captar e transformar as informações codificadas nas ondas em algo que nos seja útil ou prazeroso. No caso de um forno de micro-ondas, as ondas eletromagnéticas são usadas para aquecer a água dos alimentos. A luz também é onda eletromagnética. Os raios-X também.

Somos cercados por ondas mecânicas também. As ondas sonoras que captamos com nossos ouvidos, o ultra-som usado na medicina e na navegação, as ondas no mar, as ondas sísmicas, as ondas na atmosfera.

Todas estas ondas propagam energia. Quanto maior a amplitude maior a energia.

A física e a engenharia dominam razoavelmente bem as ondas de amplitude relativamente pequenas para que o comportamento seja linear.

Não é o caso das ondas em alto mar conhecidas por monstras (freak waves) que podem engolir um navio inteiro.

E isto não é um tsunami que é outro fenômeno.

Uma onda na atmosfera não se percebe normalmente. Mas as oscilações de temperatura, pressão e densidade seguem padrões de ondas também. O vídeo abaixo de 30s resume meia hora de observação privilegiada de uma onda conhecida conhecida por onda de gravidade (isto não é onda gravitacional, que outro fenômeno):

Faço a conjectura de que o aumento da concentração de gases estufa na atmosfera, por atividades humanas, pode aumentar as amplitudes destas ondas. Em médio prazo pode-se ter também uma oscilação maior das temperaturas locais. Isto implicaria invernos e verões mais rigorosos. Por enquanto é mera conjectura.

A gravidade das ondas pode estar na sua amplitude e ou no seu comprimento de onda. Depende das circunstâncias.

Artifícios de Física e Química.

Os fogos de artifício combinam arte, ciência, técnica, perigo e emoção. Não necessariamente nesta ordem. De acordo com o Houaiss

artifício é o processo ou meio através do qual se obtém um artefato ou um objeto artístico.

De fato, desde a descoberta da pólvora até os shows pirotécnicos de passagem de ano novo, muita técnica foi incorporada mas os princípios básicos são os mesmos. Os elementos químicos que fornecem as cores principais podem ser vistos (elementos em destaque) dos links da tabela periódica abaixo:

1 H

2 He

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

57 La

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

87 Fr

88 Ra

89 Ac

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 110

111 111

112 112

Estes elementos fornecem cores por incandecência ou via algumas transições eletrônicas nos átomos, isto é, um elemento emite quanticamente fótons de determinada cor (ou comprimento de onda) como o Na (sódio) que emite um amarelo (linha D). Veja a lista de composto e as cores abaixo (original source)

	Cor	Composto
	Vermelho	Sais de estrôncio, lítio e carbonatos de lítio, Li2CO3 = vermelho escuro carbonato de estrôncio, SrCO3 = vermelho claro
	Laranja	Sais de cálcio Cloreto de cálcio, CaCl2
	Amarelo	Sais de sódio Cloreto de sódio, NaCl
	Verde	Compostos de bário + cloretos Cloreto de bário, BaCl2
	Azul	Compostos de cobre + cloretos Cloreto de cobre, CuCl
	Violeta	Mistura de compostos de estrôncio (vermelho) e cobre (blue)
	Prata	Queima de alumínio, titânio ou magnésio

A dinâmica e a cinemática de lançamento de um fogueteiro está ilustrada na figura ao lado. Em cada estágio alguma reação ou queima.

Read The Anatomy of a Firework at NOVA. Read more about Fireworks at Wikipedia.

Mas a emoção de uma virada de ano com os fogos de artifício “não tem preço”. Veja a belíssima foto que o Zé Alves tirou do Rio 2008!

Buracos Negros em Galáxias Caipiras

O Universo é cheio de vazios e os Buracos Negros nos vazios têm menor atividade do que os Buracos Negros em aglomerados.

A frase não é um jogo de palavras e não deve ser levada ao pé da letra. Os Buracos não são buracos e sim portais de mão única no espaço-tempo. E, em termos práticos, eles não são negros pois os gases comprimidos para entrarem no Buraco Negro radiam muita luz. E os vazios não são vazios. É que os astrônomos “olham” o Cosmo e classificam as regiões mais ou menos densas do que a densidade média de galáxias. Os lugares menos densos são chamados de vazios por preguiça dizer lugares que têm menos galáxias por volume do que a média cosmológica.

A nossa Via Lactea está em um aglomerado de galáxias e tem tido interações significativas com as vizinhas: Houve colisões no passado e existe uma ligação gravitacional agora. A grande maioria das galáxias vive em aglomerados. Uma minoria caipira fica isolada nos vazios. Veja a figura abaixo ou a figura original com maior resolução no press release da Drexel University.

Os estudos confirmam que galáxias com núcleos ativos têm comportamentos similares de acréscimo de gás nos seus buracos negros super massivos. A diferença entre os núcleos de galáxias em aglomerados em relação ao núcleos de galáxias em vazios estaria na taxa de emissão do disco central. A amostra estatística para chegar a esta conclusão ainda é pequena (pouco mais de 400 galáxias), mas a pesquisa trouxe indicações importantes para os modelos de formação de buracos negros em galáxias com núcleos ativos e até mesmo na evolução de galáxias em vazios e aglomerados.

Em outras palavras, os Buracos Negros nos centros de galáxias caipiras são mais tranqüilos do que os das galáxias em aglomerados.