Large Hádron Collider - Um Grande Passo para a Humanidade

O objectivo hoje é conseguir que as partículas dêem uma volta completa ao enorme túnel de 27 quilómetros que constitui o Grande Acelerador de Hadrões (LHC na sigla inglesa), antes de realizar experiências com colisões de protões, para tentar identificar novas partículas elementares.

Lyn Evans, director do projecto do LHC: "Não sabemos de quanto tempo vamos precisar" para conseguir que circulem os protões de forma estável, disse.

O primeiro lançamento de partículas até ao acelerador fez-se no sentido das agulhas do relógio, explicou Evans. "Vamos confirmando que cada um dos elementos da máquina funciona, um por um", acrescentou. Depois desta primeira tentativa saber-se-á se o maior acelerador de partículas do mundo funciona, mas os primeiros choques de protões apenas se produzirão daqui a alguns meses, altura em que se iniciará a obtenção de dados.

Em plena força, 600 milhões de colisões por segundo irão gerar uma floração de partículas tal como aconteceu no início do mundo, algumas das quais nunca puderam ser observadas.

O objectivo final desta grande experiência é poder dar resposta a muitas perguntas sobre a origem do Universo, entender por que a matéria é muito mais abundante no Universo do que a anti-matéria, e chegar a descobertas que "mudarão profundamente a nossa visão do Universo", segundo o director do CERN, Robert Aymar.

Uma das aspirações dos cientistas é encontrar o hipotético bosão de Higgs, uma partícula que nunca foi detectada com os aceleradores existentes, muito menos potentes que o LHC.

O Nobel da Física de 1979 Steven Weinberg, preferem dizer que as descobertas no LHC podem tornar Deus menos importante na nossa compreensão do Universo: "Se conseguirmos criar uma teoria final em que todas as forças e partículas são explicadas, e essa teoria ajudar a compreender o Big Bang e nos der uma cosmologia consistente, deixar-se-á menos à religião para explicar", escreveu na Newsweek.

Read more

Doença traz benefícios

Os cientistas têm feito algumas descobertas sobre a doença de Huntington. A doença de Huntington destrói os neurónios no neostriado, região do cérebro que está associada ao controle motor e à cognição, fazendo com que quem sofra da doença terem dificuldade em controlar os seus movimentos. Sofrem, também, de problemas cognitivos e emocionais.

Duas curiosidades foram descobertas: a primeira é que as pessoas que sofrem da doença são menos propensas ao cancro. Em segundo, costumam ter mais filhos do que a média (1,24 filho).

Uma das proteínas envolvidas na doença de Huntington pode trazer benefícios à saúde dos pacientes.

A doença é causada por uma mutação que alonga o gene huntingtina, aumentando o seu número de sequências repetidas. A doença pode ser agravada pelo comprimento do gene.

A proteína p53 auxilia no controle quando as céculas se dividem e morrem e quando se formam novos vasos sanguíneos. Nos casos de doença, os níveis de p53 são mais altos que o normal. A p53 liga-se à proteína criada pelo gene huntingtina mutante. Além disso, os animais com mutação parecem desenvolver a doença apenas se o seu organismo for capaz de produzir a p53.

Philip Starks, Bem Eskenazi e Noah Wilson-Rich propuseram que o aumento da p53 poderia ser responsável pela ligação da doença com o aumento no tamanho das famílias. Já que a p53 controla a divisão celular, ajuda a repelir o cancro.

A p53 também parece desempenhar um papel importante na imunidade, visto que pacientes com a doença apresentam uma imunidade superior durante o período de gestação, característica que pode explicar as famílias numerosas das pessoas que têm a doença de huntington.

A doença de huntington será um exemplo de pleiotropia antagónica – situação em que um gene apresenta efeitos opostos num organismo.

Fonte: Scientific American

Read more

Evolução no Laboratório

Nos anos 30, Haldane ofereceu uma explicação para o gene que provoca o aparecimento da anemia falciforme persistir nas populações tropicais. A mutação oferece uma troca: embora as células em forma de foice aumentassem o risco de morte, deixavam a pessoa só com um décimo da probabilidade de contrair malária. Esta ideia, de uma doença infecciosa impulsionar a evolução pode ser testada.

Jose Luis Martínez, do Centro Nacional Espanhol de Biotecnologia, usou Caenorhabditis elegans. Em 2001, queriam averiguar como os seres são mortos em minutos pela bactéria Pseudomonas aeruginosa. Uma semana depois, uma placa de Petri com 152 vermes estava cheia de “sobreviventes”. Os mutantes não eram apenas imunes à bactéria, mas também subsistiam delas.

Os vermes normais prosperaram numa floresta granulada da bactéria Escherichia coli. Os descendentes dos mutantes, por outro lado, exibem um comportamento diferente, movimentando-se devagar.

A diferença nos movimentos demonstra que a capacidade de sobreviver à bactéria não acontece sem custos. Os mutantes respiram com dificuldade, consumindo menos 30% de oxigénio.

Esta evolução não deu origem a uma nova espécie, mas parecem estar perto disso. Constam-se, pelo menos, sete alterações nas proteínas entre os dois grupos. A diferenciação de populações é o primeiro passo, e esta experiência dá-nos uma ideia de como surge uma nova espécie.

Fonte: Scientific American

Read more

Buracos Negros: Território Inexplorado II - Possibilidades

A emissão transporta energia e a massa do buraco negro diminui, pela equivalência E=mc². Deste modo, um buraco negro é instável. Ao diminuir de tamanho aquece, emitindo partículas cada vez mais energéticas e encolhendo cada vez mais rapidamente. O tempo para um buraco negro evaporar é proporcional ao cubo da massa inicial (com 10¹² Kg demora 10¹⁰ anos; com 2 x 10³⁰ Kg (Massa Solar) demora 10⁶⁴ anos).

Conforme a teoria da relatividade, toda a informação que entra num buraco negro é perdida para sempre. Se o buraco negro se evapora o que acontece com a informação? Stephen Hawking sugeriu que a informação é destruída, o que contradiz a mecânica quântica.

Uma alternativa à destruição da informação é:

- A hipótese de restos de buracos negros

Estes remanescentes de buracos negros guardariam a informação depois de o buraco negro evaporar. As leis da física prevêem que a taxa de produção de uma partícula é proporcional ao número de tipos possíveis dessa partícula. Deste modo, os remanescentes de buracos negros teriam de ser produzidos a uma taxa infinita. Isto tornaria a Natureza altamente instável.

Uma outra alternativa é:

- O princípio da localidade inválido

Eventos em pontos espacialmente separados só se podem influenciar mutuamente se a luz tiver tido tempo de viajar entre as duas partículas. Se este princípio for inválido.

Uma outra possibilidade é a detecção de buracos negros microscópicos primordiais, com 10¹²Kg a explodir no Universo actual. Explosões de raios gama mais curtas podem ser buracos negros primordiais a explodir.

No LHC (Large Hadron Collider), um protão atinge uma energia de 7 teraelectrão-volt, que é equivalente a uma massa de 10^-23Kg. Quando duas partículas nestas condições chocam, a sua energia é concentrada numa região minúscula, ficando suficientemente perto para formar um buraco negro.

Surge, então, um problema. 10^-23 Kg é menor que os 10^-8Kg correspondente ao valor de Plank. No LHC, a região em que uma partícula pode ser confinada é de 10^-19 metros, permitindo uma densidade de 10³⁴Kg, que não é o necessário para criar um buraco negro.

Recentemente os físicos perceberam que a estimativa da densidade de Plank pode estar exagerada. A teoria das cordas prevê que o espaço tem mais dimensões. A gravidade propaga-se ao longo das várias dimensões extra e, como resultado, torna-se mais intensa a pequenas distâncias.

Em três dimensões – força da gravidade quadriplica quando a distância diminui para metade

Em nove dimensões – força da gravidade aumenta 256 vezes a metade da distância

O que se pode ver no LHC se houver produção de buracos negros? Em primeiro lugar observa-se a formação de buracos negros à taxa de um por segundo. Em segundo lugar, de acordo com Stephen Hawking, um buraco negro irradia um elevado número de partículas com alta energia em todas as direcções. Os produtos do decaimento incluem todas as espécies de partículas da Natureza.

Fonte: Scientific American 2008

Read more

Buracos Negros: Território Inexplorado I

O conceito de buraco negro surge da relatividade geral de Einstein. Se a matéria for suficientemente comprimida, a sua gravidade torna-se tão poderosa que se afunda numa região do espaço-tempo da qual nada consegue escapar. Nos casos em que o espaço não apresenta dimensões escondidas, ou que estas são menores que o buraco negro, o seu tamanho é proporcional à sua massa.

Deste modo, quanto menor o buraco, maior a contracção para o criar. A densidade até à qual a matéria precisa ser comprimida varia no inverso do quadrado da massa. Para o Sol se tornar num buraco negro, é necessária uma densidade de 10¹⁹Kg/m³. Um objecto mais leve resiste ao colapso porque as forças quânticas repulsivas entre as suas partículas subatómicas lhe conferem estabilidade.

No início da década de 70, Stephen Hawking e Bernard Carr investigaram um mecanismo de geração de buracos negros no Universo jovem. Conforme o espaço se expande, a densidade média da matéria decresce logo, a densidade era muito maior no passado. A Física admite uma densidade máxima de 10⁹⁷Kg/m³ (valor de Plank), que é quando a força gravítica se torna tão intensa que rompe o tecido do espaço-tempo. Uma densidade dessa amplitude terá sido suficiente para criar buracos negros com 10^-35metros de diâmetro (comprimento de Plank) e uma massa de 10^-8Kg (massa de Plank).

Em 1974, Stephen Hawking chegou à conclusão de que os buracos não só engolem partículas mas também as expelem. Hawking previu que um buraco negro emite calor, com uma temperatura inversamente proporcional à sua massa.

Read more

Buracos Negros: Como Ondas II - Fonões

William Unruth, em 1981, demonstrou uma semelhança entre a propagação do som num fluido em movimento e a da luz no espaço-tempo curvo. Esta demonstração poderá permitir a observação experimental de um fenómeno idêntico ao de Hawking. Quando a temperatura se aproxima do zero absoluto, o som pode-se comportar como partículas quânticas – fonões.

O comportamento dos fonões num fluido em repouso ou em movimento uniforme é análogo ao comportamento dos fotões no espaço-tempo plano, com uma propagação rectilínea, com comprimento de onda, frequência e velocidade constantes.

Se o fluido estiver suficientemente frio a analogia estende-se ao nível quântico. O horizonte sónico emite fonões térmicos similares à radiação de Hawking.

Outras simulações de buracos negros foram propostas por alguns físicos. Uma das ideias envolve ondulações na superfície de um líquido entre camadas de hélio superfluido, tão frio a ponto de ter perdido toda a resistência friccional ao movimento. Outra ideia é modelar a expansão acelerada do Universo, que gera uma radiação idêntica à de Hawking. Um condensado de Bose-Einstein (gás frio ao ponde dos seus átomos perderem a sua identidade individual) pode agir sobre o som como um Universo em expansão faz com a luz.

Os detalhes da estrutura molecular estão contidos na forma como a velocidade de uma onda sonora depende do seu comprimento de onda, chamada Relação de Dispersão e que determina a velocidade de propagação.

Podem ocorrer três comportamentos:

Tipo I – Ausência de dispersão. A onda em comprimentos curtos comporta-se como em comprimentos longos

Tipo II – A velocidade decresce quando o comprimento de onda diminui.

Tipo III – A velocidade aumenta.

O tipo I descreve fotões na relatividade; o tipo II descreve-os em hélio superfluido; e o tipo III em condensados de Bose-Einstein diluídos.

Numa visão de frente para trás no tempo, os fonões nadam a favor da corrente em direcção ao horizonte, e o seu comprimento diminui. Quando o comprimento se aproxima da distância intermolecular, a relação de dispersão torna-se um factor importante. No tipo II, os fonões reduzem a velocidade, invertem a direcção e voltam a deslocar-se contra a corrente. No tipo III, ultrapassam a velocidade do som e cruzam o horizonte.

A analogia com o efeito Hawking deve satisfazer uma condição: os pares de fonões virtuais devem iniciar a sua existência no estado fundamental, tal como os pares de fotões virtuais em torno do buraco negro.

Sob essa condição, o fluido emite uma radiação semelhante à de Hawking. Os comprimentos de onda atingem o menor nível na distância intermolecular. O desvio para o vermelho infinito é uma consequência da suposição não realística de que os átomos são infinitamente pequenos.

A analogia indica que o resultado de Hawking está certo. Sugere também que o desvio para o vermelho infinito no horizonte do buraco negro deve ser evitado devido à dispersão da luz de comprimento de onda curto. Uma contra é que a teoria da relatividade refere que a luz não sofre dispersão no vácuo. Perante este dilema, ou os cientistas retêm a injunção de Einstein contra um sistema de referência preferencial e admitem o desvio para o vermelho infinito, ou então concedem que os fotões não sofrem desvio para o vermelho infinito, e são forçados a introduzir um sistema de referência preferencial.

Suspeita-se, há muito tempo, que juntar a relatividade e a mecânica quântica envolve um atalho curto, provavelmente relacionado à escala de Plank. A analogia acústica reforça essa suspeita.

Fonte: Scientific American 2008

Read more

Buracos Negros: Como Ondas I

Fonte: Scientific American 2008

Todos os dados experimentais, de escalas subnucleares a escalas galácticas, são explicados pelos três pilares da física moderna – Relatividade especial, relatividade geral e mecânica quântica.

Na relatividade geral, quando uma partícula passa o horizonte de eventos a sua frequência alonga-se em duração. Este efeito é chamado de desvio para o vermelho gravitacional (redshift). Este desvio, num campo gravítico tão forte, torna-se infinito.

Até agora, na descrição dos buracos negros, a luz era tratada como uma onda electromagnética. Stephen Hawking reconsiderou as implicações do redshift infinito quando se leva em conta a natureza quântica da luz. Na quântica nem o vácuo é perfeito, ele contém flutuações como resultado do princípio da incerteza de Heisenberg. Longe da influência gravitacional, os pares de fotões, responsáveis pelas flutuações quânticas, aparecem e desaparecem tão rapidamente que são chamados pares virtuais. No espaço-tempo não curvo as partículas aparecem e desaparecem sem parar porque não há influência gravitacional.

No espaço-tempo curvo curvo, em torno de um buraco negro, um dos fotões pode ficar aprisionado dentro do horizonte de eventos. O par passa, então, de virtual a real, resultando na emissão de luz e num decréscimo correspondente na massa do buraco negro.

A radiação Hawking – a emissão dos fotões e consequente perda de massa do buraco negro – ainda não foi possível confirmar experimentalmente. A emissão de fotões por buracos negros é fraca demais. A única esperança é encontrar buracos negros do início do Universo ou então produzi-los nos aceleradores de partículas.

Imaginemos, agora, o processo invertido no tempo: o fotão de Hawking aproxima-se do buraco negro e sofre um desvio para o violeta. Quanto mais recua no tempo mais próximo fica do horizonte de eventos e menor é o seu comprimento de onda. O fotão junta-se ao companheiro (que acaba de sair do horizonte de eventos do buraco negro) formando o par virtual.

O desvio para o violeta continua até uma distância de 10^-35 metros, conhecida como comprimento de Plank, nem a relatividade, nem a teoria quântica podem descrever como a partícula se comporta. Torna-se necessária uma teoria quântica da gravidade.

Read more

Água em Marte, Petróleo na Terra

As palavras de William Boynton, responsável pelo TEGA (Thermal and Evolved-Gas Analyzer) foram apenas: "Temos água".

A sonda Phoenix, que explora o solo de Marte desde maio, confirmou ontem a existência de água no planeta. A descoberta ocorreu depois de a Phoenix colocar amostras do solo num instrumento que identifica os vapores produzidos por substâncias.

Esta é a primeira vez que a existência de água fora do nosso planeta é detectada quimicamente

Read more

Em 60 segundos: Matéria Escura

matéria escura é um tipo de matéria que é inferida pelo efeito gravitacional que exerce sobre a matéria visível, mas que não emite nem reflecte suficiente radiação electromagnética para ser observada "directamente" e cuja natureza se desconhece. Supõe-se que a massa do universo associada à matéria escura é bem maior do que a massa da matéria "normal". (George Musser, editor da Scientific American).

Supõe-se que a matéria escura contribui cerca de 3/4 para a massa total do Universo. Esta matéria não bariónica é a responsável pela a aceleração da expansão do Universo.

Read more

A busca por um grande mistério: Raios Gama e Matéria Escura

Esta é a missão do Glast, o novo telescópio que a NASA lançou dia 11 deste mês para o espaço.

Lançado por um foguetão Delta II, de Cabo Canaveral, Estados Unidos, o Glast orbitará a Terra a cerca de 550 quilómetros de altitude, completando uma volta ao planeta a cada 95 minutos. Será o primeiro telescópio espacial de raios gama capaz de observar o céu inteiro todos os dias, com uma sensibilidade sem precedentes.

O Spitzer, lançado pela agência espacial norte-americana em 2003, observa a radiação infravermelha. O Chandra, também da NASA, e o XMM-Newton, da ESA, estão no espaço desde 1999 a ver os raios X. Lançado em 1990, o Hubble, capaz de observar do infravermelho ao ultravioleta, passando pela luz visível, é o mais mediático. Mostrou-nos imagens do Universo como nunca tínhamos visto.

O Glast mostrará outra faceta do cosmos. "Se os nossos olhos pudessem ver os raios gama, veríamos um céu nocturno completamente diferente", diz Steve Ritz, do projecto Glast, citado no site Space.com. "Os raios gama são emitidos pelos ambientes mais extremos, nos quais os campos gravitacionais, eléctricos e magnéticos são tão altos que não existe nada igual na Terra para estudar directamente."

A primeira observação de erupção de raios-gama (gamma-ray burst – GRB) ocorreu a 2 de Julho de 1967. Os satélites militares detectaram explosões diferentes das provocadas pelo homem.

Antes de 1997 toda a informação referente às GRB provinha do Batse (Burst and Transient Source Experiment), a bordo do Observatório Compton de Raios Gama. O Batse mostrou que, a cada dia, em média, ocorrem cerca de três GRB no Universo observável.

O satélite de raios X ítalo-holandês BeppoSAX (1996) foi o primeiro a detectar os “brilhos secundários” de raios X que surgem de uma GRB quando o sinal de raios gama desaparece. O “brilho secundário” persiste durante dois meses, diminuindo com o tempo e passando de raios X para radiações mais fracas como a luz visível e as ondas de rádio.

Quando a GRB970508 foi descoberta piscou nos comprimentos de onda rário parando de seguida. A sua fonte deve ter aumentado de um ponto para um disco com um diâmetro de algumas semanas-luz. O espectro dos brilhos secundários é característico de electrões a moverem-se num campo magnético à velocidade da luz ou próximo dela.

A erupção da GRB990123 (1999) teve uma luminosidade de algumas vezes 10⁴⁵Watts (10¹⁹ vezes mais brilhante que o Sol). Uma explosão de uma supernova liberta quase essa quantidade de energia, mas a maioria acaba por escapar sob a forma de neutrinos.

Dois dias depois da erupção, a taxa de diminuição da luz aumentou repentinamente, o que ocorreria se a radiação fosse proveniente de um jacto estreito de material, movendo-se próximo da velocidade da luz.

Variações rápidas no brilho sugerem que a emissão tem origem numa pequena área (10¹⁹ sóis), equivalente a um sol. Isto significa que os fotões estão muito próximos para poderem interagir e impedir que a maioria escape. Mas, se os raios gama não podem escapar, como é que os vemos? A libertação inicial de energia é armazenada sob a forma de energia cinética de uma camada de partículas, entre elas estão fotões, electrões, positrões, etc. Enquanto a bola de fogo aumenta de diâmetro, a densidade de fotões diminui e, é nesse momento que a radiação gama pode escapar, dando origem à GRB.

Uma família de modelos, conhecida como hipernovas ou colapsares, envolve estrelas surgidas com massas entre as 20 e 30 massas solares. As simulações mostram que o núcleo, quando as duas colapsam, forma um buraco negro cercado por um disco de material descartado.

Outra família, uma dupla de estrelas de neutrões, ou uma estrela de neutrões e um buraco negro. O resultado será identico: um buraco negro cercado por um disco de resíduos.

Neste momento sabemos quais são algumas das fontes destas explosões: Os buracos negros supermaciços que se encontram no centro das galáxias, com milhares de milhões de vezes a massa do Sol (a nossa Via Láctea tem um destes monstros no coração), são uma das fontes de raios gama. À medida que devoram as estrelas das redondezas, atraídas por um campo gravitacional imenso, estes buracos negros cospem jactos de gases quentes quase à velocidade da luz, que emitem raios gama.

Mais modestos, os buracos negros que resultam da morte de estrelas com pelo menos três vezes a massa do Sol são outra fonte desta forma de radiação altamente energética. Desconfia-se que a morte destas estrelas origina incríveis explosões de raios gama, consideradas o fenómeno mais energético do Universo, a seguir ao seu próprio nascimento, no Big Bang. Como é que uma estrela origina uma explosão tão potente é algo que desafia a compreensão dos cientistas.

"Não compreendemos realmente a física envolvida. É muito complicada, uma vez que se liberta imensa energia num curto período. Em alguns segundos, [os buracos negros estelares] podem libertar a mesma energia do Sol nos seus dez mil milhões de anos de vida", diz Charles Meegan, também do projecto Glast. "Seremos capazes de estudar aspectos das explosões de raios gama que não conseguíamos analisar até agora."

Sem a interferência da atmosfera, espera-se que o Glast um dos grandes mistérios actuais - o da matéria escura, que deve constituir grande parte do Universo, mas cuja presença apenas inferimos pelos efeitos que causa na matéria visível. A hipótese é a de que talvez a matéria escura origine raios gama, em certas circunstâncias.

Fontes:

Scientific American Brasil, Edição Especial "A vida secreta das estrelas"

Público, última hora: "Novo telescópio espacial vai em busca da radiação mais poderosa do Universo"

Read more

Legalizados embriões humano-animais

Os deputados britânicos decidiram, no passado dia 19, por 336 votos contra 176, aprovar a geração de embriões mistos de humano e animal.

Os embriões híbridos mais importantes são os cíbridos, colocando o núcleo de uma célula humana adulta num ovócito de animalsem núcleo.

Os embriões humanos transgénicos, obtidos inserindo genes animais em embriões humanos.

As quimeras são obtidas introduzindo células animais num embrião humano.

Os híbridos verdadeiros são cruzamentos de gâmetas humanos e animais.

“Os embriões só poderão ser fabricados se se provar previamente que a investigação para a qual vão contribuir é necessária e útil. E, seja qual for o tipo de embrião híbrido gerado, apenas será permitido desenvolverem-se durante 14 dias e nunca serão implantados no útero de uma mulher ou de um animal.” (in Público)

Os híbridos cíbridos (99,9% humanos e 0,1% animais) são de extrema importância porque a possibilidade de os produzir vem suprir a escassez de embriões humanos, o que tem dificultado a investigação médica na área das células estaminais embrionárias (CEE) humanas. Assim, os cientistas vão poder utilizar ovócitos de animais para tentar derivar as CEE humanas, que são indispensáveis para estudar doenças incuráveis como o Alzheimer e muitas outras.

Read more

Breve História de Tudo

O blog "Naturalmente, não sei..." mostra-nos um vídeo magnífico sobre a teoria mais aceite neste momento no mundo cientíco:

Read more