Vamos então fazer uma breve retrospectiva do que aconteceu.

Janeiro: O ano começou com a triste, ainda que cientificamente correta, decisão de terminar as operações do Tevatron no final do ano fiscal. Nesse mês, o Tevatron teve seu limite de produção de Higgs duramente atacado num artigo téorico escrito por Baglio, Djouadi e cia. Depois de muito bate boca, ficou claro que o “erro” que o Tevatron teria cometido não existe e que os autores usaram distribuições de pártons inedequadas. Ainda em janeiro, o CDF publicou um resultado que mostrava uma grande assimetria forward-backward na produção de . Essa assimetria foi posteriormente confirmada no D0 e por novas medidas do CDF. Embora o LHC não possa medi-la diretamente, outras medidas sensíveis a efeitos que causariam a assimetria do Tevatron foram feitas pelo CMS, pelo ATLAS e nada foi encontrado. Um paper que não chamou tanta atenção, mas merece ser citado, foi a primeira medida do fluxo de carga de cor feita pelo D0.

No Ars Physica:

Fevereiro: O LHCb começou o mês com a primeira observação do decaimento (um decaimento importante pois o estado final é um autoestado de CP e pode-se fazer uma medida da fase de violação de CP sem uso de análise angular) e depois confirmado pelo D0 e CDF. Esse tipo de análise foi feita, também pela primeira vez pelo LHCb, agora em dezembro. Ainda em fevereiro, ficou decidido que o LHC rodaria em 2011 e 2012 a . A previsão feita então para a luminosidade integrada durante este ano que passou foi de entregue a cada um dos grandes experimentos. Terminou com mais de 5 vezes essa quantidade!

No Ars Physica:

Março: O primeiro de muitos resultados estranhos no ano. O CDF reportou uma diferença na massa do quark top para o anti-quark top de e interpretou isso como uma possível assinatura de um efeito que violasse CPT. Outros experimentos, primeiramente o D0 e posteriormente CMS, mediram a mesma diferença e não confirmaram o resultado do CDF.

Abril: O CDF publica um excesso de eventos na distribuição de massa de di-jatos produzidos em associação com um bóson W. Eles interpretaram esse excesso como uma possível nova partícula com massa em torno de e gigantesca seção de choque. O mesmo bump foi procurado pelo D0 e pelo ATLAS posteriormente e nada foi encontrado. Nesse mesmo mês o LHC começou a operar com uma luminosidade instantânea maior que a do Tevatron. Ainda em abril, uma nota interna do ATLAS vazou com uma possível ressonância em torno de observada no canal de di-fótons. O resultado foi refutado pela própria colaboração ATLAS posteriormente. Para fechar esse mês em que ninguém dormiu, o XENON100 publicou seu primeiro resultado excluindo a área em que o DAMA havia interpretado como possível de se encontrar matéria escura devido a uma modulação do sinal detectado por esse experimento.

No Ars Physica:

Maio: Outro experimento de matéria escura, o CoGeNT também detecta uma modulação anual no seu sinal, consistente com a do DAMA em fase e criando mais tensão na interpretação com o resultado do XENON100. Ainda em maio, o FERMI confirmou o excesso de pósitrons de altas energias detectado pelo PAMELA no ano anterior. Alguns viram esse excesso como um sinal de matéria escura, mas outras soluções mais comuns também foram propostas. Para terminar esse mês “espacial”, o AMS entrou em operação, mas até onde eu sei, nenhum resultado foi apresentado até o final desse ano.

No Ars Physica:

Junho: A colaboração T2K anuncia, pela primeira vez, uma medida de diferente de zero. O resultado foi, ainda no mesmo mês, confirmado pelo MINOS e, em novembro, pelo Double Chooz. Esse ângulo era o único que nunca havia sido medido na matriz de mistura dos neutrinos. Esses experimentos agora tentam medir a fase de violação de CP nesse setor, o que até hoje continua inacessível aos nossos experimentos.

No Ars Physica:

Julho: O D0 faz uma atualização da medida da assimetria de produção de di-múons de mesmo sinal, levando a discrepância com o modelo padrão a . O LHCb promete fazer medidas complementares para verificar o efeito, mas até agora nada foi publicado. O CDF reporta uma detecção do decaimento com uma fração de decaimento muito maior que a do modelo padrão. O LHCb faz a mesma procura e não confirma o resultado. Ainda no mesmo mês, o CDF publica a descoberta do bárion , fechando o octupleto de bárions com um quark bottom e . A massa do top é medida pelo Tevatron com incerteza abaixo de . 2011 também foi o ano em que a massa do top começou a ser medida através da seção de choque, permitindo uma interpretação teórica mais sólida em termos de que esquema de renomalização está sendo usado. A primeira colaboração a fazer isso foi o D0, em abril, e agora no final do ano, tanto ATLAS quando CMS preparam medidas similares.

No Ars Physica:

Agosto: O LHCb continua destruindo resultados do Tevatron. Nesse mês, o LHCb faz uma medida do ângulo de violação de CP completamente de acordo com o modelo padrão e indo contra indicações de discrepância com o modelo padrão em resultados anteriores do D0 e do CDF (sendo honesto, os próprios D0 e CDF reviram seus resultados em publicações que sairam antes do artigo do LHCb) e, de quebra, desfavorecendo esse tipo de interpretação para a assimetria de múons de mesmo sinal no D0. O LHCb também fez um procura pelo exótico (similar ao interessante e controverso , que realmente existe) que o CDF reportou a descoberta em janeiro desse ano e não encontrou absolutamente nada.

Setembro: O Tevatron é desligado definitivamente e os detectores D0 e CDF terminam suas operações com feixe depois de mais de 20 anos! Nesse mesmo mês, a colaboração OPERA faz sua primeira medida de neutrinos superluminares, refeita posteriormente com uma extração de prótons mais curta. Embora a conclusão tenha sido mantida, o clima de desconfiança no resultado pela comunidade continua a existir.

No Ars Physica:

Outubro: O CDF publica um excesso na produção de ZZ em torno de 327 GeV, que nenhum outro experimento confirmou. Nesse mesmo mês, Glashow e Cohen publicam um artigo teórico colocando em cheque o resultado do OPERA através da medição do espectro de energia dos neutrinos. Além de GC usarem resultados antigos de espectro de energia (inclusive do próprio OPERA), o experimento ICARUS faz uma medida em que usa explicitamente essa predição para refutar o resultado de neutrinos superluminares.

Novembro: O ATLAS e CMS fazem sua primeira combinação de exclusão do Higgs com os dados coletados até o verão de 2011 (até ). Eles excluem toda a região de baixa massa menos entre 114 e 141 GeV. O LHCb reporta uma grande violação de CP no decaimento de mésons D medindo, para isso, a diferença de assimetria no decaimento do D0 para píons e káons. Não é claro ainda se esse efeito é contemplado ou não pelo modelo padrão, mas algumas pessoas já dizem que não. O CDF também fez a mesma medida esse ano, não confirmando o resultado do LHCb (os resultados são consistentes, mas o resultado do CDF puxa a média para um valor muito próximo do modelo padrão). O CDF também atualiza sua misteriosa medida de múons fantasmas e o desacordo com o modelo padrão persiste.

Dezembro: A colaboração ATLAS e CMS divulgam os primeiros resultados da procura pelo Higgs com todos os dados de 2011 e ambas observam um sinal em torno de 125 GeV. O ATLAS, sozinho tem uma evidência de em , enquanto o CMS tem uma evidência de em . Muitos viram isso como uma descoberta do bóson de Higgs, mas ambos experimentos foram rápidos em dizer que nada pode ser concluído desse excesso. Para fechar o ano, o ATLAS divulga a observação de uma excitação de , nunca antes detectada.

No Ars Physica:

Espero que 2012 seja mais excitante ainda. Vamos ver o que as conferências de inverno nos reservam!

Para algo menos polarizado, você pode ver a já tradicional lista das 10 maiores descobertas em física de 2011 do Physics World.

Feliz Natal!

Depois de 60 milhões de dólares doados para criar o Simons Center for Geometry and Physics, Jim Simons fez outra doação para a Universidade de Stony Brook, dessa vez de 150 milhões de dólares, para criar o Center for Medical and Research Translation que será dedicado ao estudo de neurociências, doenças infecto-contagiosas e câncer.

Se você juntar isso à doação recebida ano passado para criar o Laufer Center for Quantitative Biology oferecida por outro matemático oriundo da Renaissance Technologies, Henry Laufer, e diversas outras doações menores já feitas por Jim Simons, fica clara o investimento privado que está sendo feito nessa universidade, permitindo que ela cresca mesmo em época de crise.

Eu, particularmente, acho que essas doações são importantes não só pelo valor material agregado, mas também para livrar Stony Brook do estigma de state university, que é como ela é tratada pelos legisladores do estado de Nova York, apesar da excelente estrutura de pesquisa. Como exemplo do que digo, hoje também foi aprovado pelo governador do estado o projeto NYSUNY2020, que resulta em mais 35 milhões para a estrutura de pesquisa da universidade. O estado também aprovou recentemente um aumento considerável da tuition, que está permitindo Stony Brook, aos poucos, se recuperar dos cortes feitos durante a época da crise.

Essa universidade, junto com os laboratórios, como o Brookhaven National Laboratory e o Cold Spring Harbor Laboratory, e com algumas indústrias de alta tecnologia, como a HYPRES, no seu entorno, com os quais a universidade mantém estreitos laços, fazem de Stony Brook uma rising star em muitas áreas de pesquisa. Recentemente, novos centros de pesquisa em tecnologia wireless (CEWIT) e desenvolvimentos de novas drogas (ICBDD) também foram criados aqui. Eu tenho certeza que em poucos anos, Stony Brook alcançará o nível das melhores universidades públicas do mundo.

Vamos começar pelo ATLAS. A colaboração ATLAS só atualizou dois canais: e . Esses são os canais com alta resolução de massa, algo como em torno de . Como eu expliquei num post anterior, a primeira evidência de um Higgs seria vista nos gráficos de exclusão com uma região estreita de massa com excesso de eventos impedindo exclusão. E assim foi:

Aquele excesso de dados ali em torno de é um sinal de Higgs. Mas com que certeza se pode dizer isso? A primeira coisa que você tem que ver é se o número de eventos no excesso é compatível com o que seria produzido por um Higgs. Isso é respondido no gráfico abaixo:

onde o eixo vertical mostra a fração do excesso ou déficit para o previsto por um Higgs do modelo padrão. Veja que o excesso em torno de 126 GeV é perfeitamente compatível com o valor 1.

A segunda pergunta que normalmente se faz é qual é a probabilidade desse excesso ser apenas uma flutuação do background (ie, outros eventos que geram o mesmo tipo de sinal no detector). Essa resposta é dada em duas partes. Primeiro, se responde qual a probabilidade disso para cada hipótese de massa em particular e a resposta é dada no gráfico abaixo:

Depois se pergunta qual a probabilidade de um sinal tão forte quanto ser uma flutuação do background em qualquer hipótese de massa (em termos leigos: a probabilidade de alguém ganhar na mega-sena é muito maior que a probabilidade de você ganhar na mega-sena) . Isso depende de em quantas hipóteses de massa diferentes a variação pode ter surgido e da resolução de massa de cada canal levado em consideração. A evidência final que a colaboração ATLAS reporta, levando em conta esse assim chamado look elsewhere effect numa região de baixa massa é , isto é:

Para o sinal observado no ATLAS, há apenas uma probabilidade de do sinal ter vindo de uma flutuação positiva espúria do background levando em consideração as hipóteses de massa em que o Higgs foi procurado.

Maiores detalhes podem ser encontrados na nota escrita para a apresentação de hoje. Se você quer chamar isso de uma observação do Higgs (descoberta, evidência, indicação, ou qualquer outro nome bobo), eu acho que depende do seu prior. Para mim, o que foi apresentado hoje é muito convincente.

A situação do CMS é um pouco diferente. Eles atualizaram as análises em praticamente todos os canais de decaimento, inclusive usando análise multivariada em vários deles! E isso é muito impressionante. Vamos começar com o gráfico de exclusão também:

Apesar do gráfico não ser tão claro, a presença de um excesso é clara na mesma região de massa. O centro do excesso do CMS é em torno de 124 GeV:

Eu não me incomodo com diferença de massas de 2 GeV já que, como disse acima, a resolução de massa de cada um dos experimentos para um sinal desse tipo é em torno de 2 GeV, o que faz com que os sinais observados sejam perfeitamente consistentes. A evidência para o CMS, levando em consideração novamente o look elsewhere effect numa região de massa razoável é de , ou melhor:

Para o sinal observado no CMS, há apenas uma probabilidade de do sinal ter vindo de uma flutuação positiva espúria do background levando em consideração todas as hipóteses de massa em que o Higgs foi procurado.

O sinal do CMS não salta tanto aos olhos porque eles atualizaram todos os canais e em procuras por , e , a resolução é do tamanho do intervalo ainda não excluído. No entanto, eles fazem uma análise lateral muito interessante, separando apenas os sinais de alta resolução, e então, tanto excesso no gráfico de exclusão…

quanto a vala no gráfico de probabilidade do background gerar um sinal espúrio igual ao observado…

são mais claros. Os detalhes da análise, tal como no caso do Atlas, podem ser encontrados na nota escrita para essa apresentação.

Se, para você, isso não é evidência suficiente para dizer que o Higgs foi observado, tudo que se pode extrair das apresentações de hoje é que a região em que ainda é possível estar um Higgs é . E embora eu ache que esse tipo de cautela é boa para os experimentos, pessoalmente é muito difícil dizer que o que foi observado não é o Higgs. Se é o Higgs do modelo padrão, bem, isso vai demorar um pouco mais mesmo para me convencer. Nesse sentido, o CMS deu o primeiro passo e usou todos os canais atualizados para medir a seção de choque e compará-las com o previsto para o Higgs do modelo padrão. A concordância é boa, apesar de pouco significativa estatisticamente:

O intervalo de massa acima não vem de uma combinação propriamente dita entre os dois experimentos. Essa combinação deve ser apresentada em Moriond 2012. O intervalo acima é o complemento de uma simples união dos intervalos de exclusão dos dois experimentos. O blog viXra, como sempre, deve fazer uma combinação aproximada do sinal dos dois experimentos.

Para irritar meus colegas do LHC

Eu não tenho nada contra o que o P. Gibbs faz no blog dele combinando os sinais considerando que as incertezas são todas não correlacionadas. Na verdade, para região de baixa massa, ele conseguiu uma concordância muito boa com a combinação oficial. E, enquanto a oficial não sai, essa é a combinação que ele fez com os canais de alta resolução do ATLAS e CMS:

Use com moderação, mas é difícil não ser convencido que o Higgs foi observado!

Um bônus para vocês

Tanto o ATLAS quanto o CMS põem muito esforço em produzir imagens com os sinais registrados nos vários subdetectores para eventos interessantes. Abaixo, temos um exemplo de um evento que pode ser gerado por interação mediada pelo bóson de Higgs:

A imagem tem um monte de informação, então vou tentar caminhar por ela para vocês entenderem como se procura por esses eventos.

Primeiro veja a imagem 3D, no centro do infografo. Ali tem todas as componentes do detector. Próximo à colisão há diversos traços que são gerados por pares elétron-buraco em detectores de silício e por ionização em detectores de gás. Depois há algumas torres verdes que são do calorímetro eletromagnético de argônio líquido e cada torre é a medida de carga ionizada no líquido. Depois disso há algumas células amarelas que representam luz de cintilação do calorímetro hadrônico. Por fim, tem uns detectores bem externos, representados por células azuis, que são outros detectores gasosos de traços, dedicados à detecção de múons.

Imediatamente você percebe que dois traços chegaram no detectores externos (linhas vermelhas), dizendo que há então dois múons no eventos. O momento deles é medido pela curvatura desse traço, pois dentro do detector há um forte campo magnético. Como eles tem alto momento, a curvatura é muito pequena, mas ainda assim é possível fazer uma medida precisa. A direção dos múons é medida pela direção dos traços.

No canto superior direito há uma seção reta do cilindro que é o detector. Nessa seção é fácil identificar duas torres no calorímetro com bastante energia. Essas torres são geradas por partículas carregadas, pois é possível combiná-las com traços no detector interno (linhas verdes). Esses são então elétrons. A direção deles é medida pelos traços no detector interno e a energia pela quantidade de carga ionizada no argônio líquido.

Por fim, no canto inferior esquerdo, há um grande zoom no centro do detector de traços interno. Todas as linhas são extrapoladas até o centro de tubo e é verificado em que ponto elas se encontram, formando vários vértices primários. Cada vértice primário é uma interação diferente e, se seu olho for bom, você vai ver várias interações que aconteceram no mesmo cruzamento entre os dois feixes de prótons do LHC. O mais importante, contudo, é que tanto as linhas do elétrons, quanto a linha dos múons, vieram da mesma interação, dizendo que eles tem uma origem comum.

Nesse caso, esse evento é um cadidato a . Para medir a massa desse candidato basta somar todas as energias e todos os momentos dos dois elétrons e dos dois múons e usar a famosa fórmula do Einstein .

As razões para essa escolha são muitas: Python é uma linguagem bastante simples, que permite prototipagem rápida e desenvolvimento de soluções com pouca dor de cabeça, e com uma ampla gama de módulos e bibliotecas prontas para os mais diversos fins (numpy, scipy, matplotlib, entre centenas de outras…). Entretanto código escrito puramente em Python é extremamente lento, por diversas razões. Isso faz com que não seja possível escrever uma simulação em python puro se pretende-se ter resultado em um tempo razoável. O ideal portanto é usar como cavalo de carga uma outra linguagem, que seja capaz de produzir binários eficientes, que rodem rápido no seu computador. Essa linguagem deve ser usada nas partes onde eficiência e tempo de execução são críticos, enquanto o Python pode ser usado para lidar com partes que geralmente são chatas de se fazer nessas linguagens de mais baixo nível: lidar com strings, arquivos, operações de sistema, geração de código, parsing,…

Como exemplo, no meu atual projeto no doutorado eu uso C/C++ para fazer uma simulação de Monte Carlo, e o Python para organizar as simulações, rodar a simulação para diversos valores de parâmetros diferentes, salvar os resultados em arquivos organizadinhos, enviar os processos para rodar nos diversos nós do cluster do departamento, etc.

Existem dezenas de formas de integrar Python com outras linguagens, de C/C++ e Fortran até Haskell e Emacs Lisp. Entretanto até hoje eu usava a mais boba: compilava um programa em C ou C++ que aceitava parâmetros de linha de comando, e de dentro do código do python abria um pipe para chamar o executável C com os parâmetros adequados com uma chamada de sistema. É uma gambiarra que funciona, mas não deixa de ser uma gambiarra. O ideal é compilar o seu código como uma biblioteca compartilhada que exporta objetos que o interpretador do Python consegue ler. A forma padrão de fazer isso é importar o cabeçalho ‘Python.h’ e usar o API contido lá para criar esses objetos. Isso não é exatamente difícil de fazer, mas é um trabalho sacal e bem repetitivo. É bom ter formas de automatizar esse trabalho e apenas se preocupar em escrever bem seu código em C, sem se preocupar se ele vai ser ou não carregado no python depois.

//arquivo: teste.h
int add(int x, int y);

//arquivo: teste.c
#include "teste.h"
int add(int x, int y){
  return (x + y);
}

gcc -fPIC -o libteste.o -c teste.c
gcc -shared -o libteste.so libteste.o

from ctypes import cdll

libteste = cdll.LoadLibrary("./libteste.so")
# eh necessario passar o caminho completo para o binario pois ele nao esta no PYTHONPATH
x = libteste.add(5, 2)
print x

//arquivo: teste.h
double c_raizq(double x);

//arquivo: teste.c
#include <math.h>
#include "teste.h"

double c_raizq(double x){
  return sqrt(x);
}

from ctypes import cdll
from ctypes import *

libtest = cdll.LoadLibrary("./libtest.so")
raiz = libtest.c_raizq
raiz.restype  = c_double
raiz.argtypes = [c_double]

x = raiz(2)

print x

//arquivo: teste.h

struct cvec{
  double x;
  double y;
};

typedef struct cvec vector;
double norm(vector * point);  

//arquivo: teste.c

#include "teste.h"
#include <math.h>

double norm(vector * point){
  return sqrt(point->x * point->x + point->y * point->y);
}

from ctypes import cdll
from ctypes import *

#imitando a struct vector 
class vector(Structure):
    _fields_ = [("x", c_double) ,
                ("y", c_double)]

libtest = cdll.LoadLibrary("./libtest.so")
norm = libtest.norm
norm.restype  = c_double
norm.argtypes = [POINTER(vector)]

vecc = vector(5,2)
print norm(pointer(vecc))

//arquivo Vector.hpp
#include <cmath>
class Vector {
private:
  double x;
  double y;
public:
  Vector(double _x, double _y) : x(_x), y(_y) {}; //construtor

  double norm();               // retorna tamanho do vector
  void reflectO();           // reflete o vetor através da origem
  void rotate(double theta); // roda o vetor em torno da origem por um angulo theta
};

//arquivo Vector.cpp
#include "Vector.hpp"

double Vector::norm() {
  return x*x + y*y;
}

void Vector::reflectO(){
  x = -x;
  y = -y;x
}

void Vector::rotate(double theta){
  double xx = cos(theta) * x - sin(theta) * y;
  double yy = sin(theta) * x + cos(theta) * y;
  x = xx;
  y = yy;
}

#arquivo: setupBinding.py
#! /usr/bin/env python

import sys
import pybindgen
from pybindgen import param, retval

#Modulo Vector
mod = pybindgen.Module("Vector")

#o modulo inclui o header Vector.hpp
mod.add_include('"Vector.hpp"')

#Adicionando a classe:
klass = mod.add_class('Vector')

#Adicionando o construtor:
klass.add_constructor([param('double', '_x'), param('double', '_y')])

#Adicionando os metodos:
klass.add_method('norm', retval('double'), [])
klass.add_method('reflectO', None, [])
klass.add_method('rotate'  , None, [param('double', 'theta')])

#imprime o binding na tela
mod.generate(sys.stdout)

import Vector

foo = Vector.Vector(1,2)
print foo.norm()
foo.rotate(0.2)

g++ -fPIC -c -o libvector.o  Vector.cpp
g++ -shared  -o libvector.so libvector.o

python setupBinding.py > bindVector.c

g++ -fPIC -I/usr/include/python2.7 -c -o bindVector.o bindVector.c
g++ -shared -o Vector.so -L. -lvector bindVector.o

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:.

import Vector

foo = Vector.Vector(1,2)
print foo.norm()
foo.rotate(0.2)

Quark and Gluon Tagging at the LHC (DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.172001)

Depois de ler o artigo você pode ir brincar nessa página:

Quark vs Gluon Jets

O que os autores fizeram foi estudar, usando os modelos de hadronização no Pythia e no Herwig (dois famosos programas de computador que calculam como acontecem as interações entre as partículas que colidem no acelerador), maneiras de se distinguir, evento a evento, se um jato no detector veio de um quark ou de um glúon. Quarks e glúons são partículas muito diferentes. Contudo, quando um evento contém qualquer um dos dois, eles começam a produzir um monte de partículas e o que se observa no detector são essas partículas fortemente colimadas na direção do quark ou glúon original, e é isso que as pessoas chamam de jatos.

Um dos problemas difíceis em física de altas energias é determinar a relação entre a energia do jato medida no seu calorímetro e a energia do quark ou glúon que gerou o jato, isto é, a escala de energia de jatos. Essa calibração é importantíssima em qualquer experimento que tem pretensão de medir estados finais com jatos.

O problema é que essa calibração é diferente se o jato veio de um quarks ou de um glúon. A razão disso é um tanto técnica — vem do fato que a quarks e glúons se transformam por diferentes representações de grupo de calibre SU(3) e que o acoplamento forte é proporcional ao operador de Casimir da representação, que são portanto diferentes para as duas representações distintas.

Bem, mas vamos esquecer esses detalhes técnicos. Eu queria explicar porque essa diferença é importante na prática. O que acontece é que há procuras por nova física onde o estado final é constituído puramente por quarks (glúons) e o background apenas por glúons (quarks). Então, primeiro: se sua calibração for feita com uma amostra que contém muitos glúons (quarks) você vai medir uma energia errada. Mas, segundo e o ponto mais interessante do artigo acima: se você tiver uma forma de rejeitar, evento a evento, jatos produzidos pela partícula do background, você pode obter uma amostra muito mais limpa.

Os autores dizem obter um ponto de trabalho para o complexo discriminante montado que aumenta a evidência de procuras por um fator de 3.2 (no caso de uma partícula hipótetica que decai para WW)! Isso é bem impressionante para melhorar a nossa capacidade de buscar evidências por física além do modelo padrão.

Agora, um cautionary tale…

Medir energias corretamente, claro, também é importante. A maneira mais fácil de determinar a escala de energia dos jatos é com eventos do tipo , ie, um fóton mais um jato onde você então assume que o momento do fóton é o mesmo do quark que deu origem ao jato (depois de cortes cinemáticos criteriosamente escolhidos para que isso seja verdade). O problema é que essa amostra é basicamente composta de quarks, então você está determinando a escala de energia apenas para quarks.

Digamos então que seu evento tenha um grande background, como é comum em procuras por nova física, que seja produzido prioritariamente por glúons. Sua escala de energia vai estar alta e você vai medir a energia um pouco maior. Isso é perigoso porque, com a energia errada, você pode confundir o background com o seu sinal gerando um resultado espúrio.

Estamos interessados em calcular quantos eventos vão ser registrados no detector. Existem diversos conceitos envolvidos nesse cálculo, então vamos entendê-los aos poucos.

Taxa de produção: A taxa de produção de um evento é a probabilidade por unidade de tempo de, numa interação entre as partículas do estado inicial , o produto final ser . No LHC, o que se faz é colidir um próton com outro próton e esse é o estado inicial ( = 2 prótons). O estado final depende de qual processo você quer estudar. Por exemplo, se você quer estudar o Higgs, esse estado final terá o bóson de Higgs ( = Higgs + X, onde X é qualquer conjunto de outras partículas). Quando o X não é especificado, diz-se que é um processo inclusivo; e quando todas as partículas do estado final são especificadas, diz-se que é um processo exclusivo. Como isso é uma taxa, a unidade é (inverso de tempo)

Luminosidade e seção de choque: Outra quantidade que entra no cálculo é o fluxo de partículas ou luminosidade (esses conceitos são diferentes na prática porque cada cruzamento de feixe tem diversas partículas, mas vamos ignorar esse importante fato por enquanto pois a diferença é apenas uma multiplicação pelo número de partículas em cada um dos feixes por cruzamento). Quanto maior a quantidade de partículas por unidade de tempo entrarem na região onde acontece a interação, maior será a produção do estado final que se quer estudar. Como o fluxo de partículas é algo que depende do feixe do acelerador e não do processo físico que se quer estudar, costuma-se dividir essa dependência e especifica-se a seção de choque:

onde (detalhe técnico: no referencial do centro de massa) é a soma das velocidades dos dois prótons que estão colidindo no estado inicial e é o volume em que a interação acontece. A unidade da seção de choque pode ser facilmente calculada:

Ou seja, a seção de choque tem dimensão de área e a luminosidade tem dimensão de inverso de área vezes inverso de tempo. Como um metro quadrado é algo muito grande para as interações típicas, costuma-se usar a unidade barn que corresponde a .

Para se ter uma idéia, a sessão de choque total (isto é, para qualquer estado final) entre dois prótons na energia do LHC é de aproximadamente (recentemente medida pela primeira vez no detector TOTEM que usa as mesmas interações do CMS, mas procuram eventos onde as partículas quase não são desviadas). Muitas vezes quase nada acontece, os prótons apenas desviam sua trajetória e constuma-se dizer que aconteceu uma colisão elástica. A seção de choque elástica no LHC é aproximadamente . Isso quer dizer que 30% das vezes nenhuma partícula é produzida. Na maioria das colisões que produzem novas partículas, ou colisões inelásticas, apenas uma pequena parcela produz um Higgs. A seção de choque da produção de Higgs no LHC está na ordem de , isto é . Ou seja, o Higgs só é produzido, em média, 10 vezes a cada 1 trilhão de colisões de prótons no LHC.

Se você multiplicar esse número pela luminosidade do LHC, que está atualmente na ordem de , vai obter a taxa de produção. Nesse caso específico, em cada experimento do LHC, um Higgs é produzido a cada 100 segundos. Claro que isso é média, não só porque a mecânica quântica é probabilística, mas porque o fluxo de partículas no LHC não é constante. Eles não vão colocando prótons continuamente. Eles enchem a máquina e deixam o prótons que estão lá colidir. Enquanto eles vão sendo usados, a luminosidade vai caindo até que o feixe fica rarefeito o suficiente para eles decidirem jogar o resto dos prótons fora e encher de novo. Para saber a quantidade total de prótons que foram postos a colidir tem que se integrar sobre a distribuição temporal de luminosidade, e isso que se chama luminosidade integrada entregue, que tem dimensão de inverso de área.

Aceitação e eficiência: O fato de um Higgs ser produzido a cada 100 segundos no CMS e no ATLAS não quer dizer que os experimentos registrem todos eles. Em primeiro lugar, o detector não cobre todo o ângulo sólido em torno do ponto de colisão. Existem diversas áreas sem instrumentação em que, se o Higgs for produzido naquela direção (detalhe técnico: ou, mais precisamente, os produtos do decaimento do Higgs, mas estou tentando manter a discussão simples), ele simplesmente vai ser perdido. A fração de Higgs que cai sobre a área instrumentada é chamada aceitação (A). Além disso, esses detectores também não são perfeitos. Por vezes, o Higgs pode ser produzido numa área instrumentada, mas calhar do detector não conseguir identificar aquilo como um candidato a Higgs e, logo, ignorá-lo. A fração dos eventos gravados em relação àqueles na região de aceitação do detector é chamada eficiência ().

Note que a ineficiência não inclui os tempos em que o detector está simplesmente desligado, seja porque está com algum problema ou porque ainda está registrando uma colisão anterior. Esse tempo morto é descontado do cálculo da luminosidade integrada entregue para obter a luminosidade integrada registrada ().

Juntando todos esses conceitos acima, a quantidade de eventos disponíveis para análise é dada por:

Agora que os conceitos estão bem definidos, podemos volta à notícia. de luminosidade integrada era a previsão de entrega do LHC no início do ano, e eles conseguiram fazer isso ainda faltando duas semanas para terminar as colisões de próton desse ano. Mas o que significa isso para a procura pelo Higgs?

Os eventos registrados, cujo número é dado pela fórmula acima, não são tão fáceis de serem achados no meio dos muitos outros que também são gravados. Alguns eventos de Higgs são tão parecidos com processos medidados por outras partículas que, mesmo usando técnicas avançadas de classificação (redes neurais artificais neuroevolutivas, árvores de decisões boosted, entre outros) não se consegue dizer com certeza que aquilo é o sinal de um Higgs. Os experimentos então fazem estudos para determinar quanta luminosidade integrada é necessária para eles resolverem essas confusões e para que possam dizer, com certeza, que os eventos observados são Higgs ou não.

Eu já mostrei alguns desses estudos, mas acho que vale a pena mostrar de novo, inclusive com algumas atualizações. Um estudo que se pode fazer é: Considere que o Higgs não existe, quanta luminosidade integrada eu preciso para, dada minha aceitação, eficiência de detecção e capacidade de distinguir os eventos; poder dizer com determinado nível de confiança que o Higgs não existe? Note que esse é um estudo complexo. Primeiro tem que se fazer uma hipótese sobre as propriedades do Higgs, principalmente a massa, para se determinar a seção de choque, depois tanto a aceitação quanto a eficiência tem que ser calculadas precisamente. Por fim, toda técnica de análise tem que ser usada sobre dados simulados para se poder obter distribuições de probabilidades empíricas e, daí, fazer uma estimativa do seu nível de confiança.

O gráfico abaixo é o resultado desse esforço pela colaboração ATLAS:

O eixo horizontal é a hipótese da massa e o eixo vertical é a luminosidade integrada. A curva pontilhada corresponde à energia atual no LHC. As regiões amarela e vermelha já foram excluídas com estudos anteriores, bem como outras regiões não mostradas nesse gráfico. Você pode ver que, com eles já são capazes de responder se o Higgs não existe! E isso cada experimento individualmente. Eu sei que tem muita gente que acha que o Higgs não existe (ou pelo menos secretamente deseja). Essas pessoas terão sua resposta em poucos meses, pois os dados suficientes já estão nas fitas!

Outra pergunta que se pode fazer é: Considere que o Higgs existe, quanto de luminosidade integrada eu preciso ter registrado para poder afirmar que os dados corroboram com essa hipótese com certo nível de confiança? Novamente, essa resposta depende da sua hipótese de massa, e o gráfico abaixo mostra estudos da colaboração ATLAS:

No eixo vertical agora tem uma escala com o nível de confiança do resultado. A curva azul pontilhada mostra os alcançados hoje e a vermelha mostra o que é possível com o dobro dos dados (digamos que é uma indicação razoável do que os dois experimentos poderiam dizer caso juntassem seus dados). O padrão exigido para se anunciar uma descoberta é de . Isso quer dizer que nenhum dos dois experimentos tem dados suficientes para descobrir o Higgs ainda esse ano. Juntos, eles tem uma pequeníssima chance. Contudo, vale lembrar que somos Bayesianos por natureza e que, embora uma evidência de para os neutrinos superluminares tenha sida recebida com muito ceticismo, eu acho que não existe pessoa nesse mundo que não ficaria empolada com um sinal acima de do Higgs em baixa massa, principalmente se for num canal de detecção limpo como .

Por canal de detecção eu quero dizer o modo de decaimento do Higgs. O Higgs não chega nos detectores em si, pois ele decai muito rapidamente (nesse sentido, o Higgs nem pode ser chamado de partícula, mas isso é um detalhe mais técnico). O que se observa são os produtos do decaimento do Higgs. Diferentes produtos podem ser mais raros ou mais comuns, mas também mais fáceis de se distinguir ou mais difíceis. O decaimento para dois fótons é muito raro, mas é um dos mais fáceis de se distinguir e permite uma medida direta da massa do Higgs.

Vou terminar explicando como essa indicação da existência do Higgs vai começar a aparecer em artigos. O gráfico abaixo é a resposta, com dados ( apenas), ao primeiro tipo de pergunta que descrevi acima:

O eixo horizontal é a hipótese de massa, como nos gráficos acima. O eixo vertical representa seções de choque hipotéticas como múltiplo daquela do modelo padrão. O que eles querem dizer é o seguinte: Veja, por exemplo, a linha preta sólida para uma massa de ; você vê que a coordenada é aproximadamente 4. Isso quer dizer que, se o Higgs tivesse uma seção de choque 4 vezes maior do que realmente tem para essa massa, então eles saberiam que ele não existe. Quando a linha vai abaixo da coordenada 1, isso quer dizer que eles sabem que o Higgs do modelo padrão não existe para aquela hipótese de massa.

A linha pontilhada é o resultado de simulações, exatamente as mesmas usadas para fazer aqueles dois primeiros gráficos que mostrei. O fato que a linha pontilhada está acima de 1 quer dizer que eles não tem sensibilidade, com essa quantidade de dados, para excluir o Higgs. Agora, com 5 vezes mais dados, essa linha vai baixar de 1 (como uma “regra prática”, a linha cai com a raiz quadrada da quantidade de dados). Se a linha sólida continuar acima de 1, isso quer dizer que se torna provável que o excesso seja devido à existência real do bóson de Higgs.

What’s That at the Top of This Page?

O Peter Woit transcreve um relato muito emocionante sobre a observação do primeiro elétron + MET com massa transversa em torno da massa do W e das primeiras medidas envolvendo esse tipo de interação em experimentos de colisão hadrônica. O event display com o registro da colisão ocorrida em 1982 é usado como fundo para o blog e isso que motivou o relato (o elétron é aquela linha branca com a seta rosa no final):

Agora, o que é realmente de arrepiar, é a figura abaixo. É uma cópia da primeira apresentação de uma medida da massa, spin e largura de decaimento do W (12th International Conference On High-Energy Accelerators, agosto de 1893):

43 eventos! Sério, muito bacana mesmo. Para se ter uma idéia, abaixo eu vou colocar o gráfico análogo do Atlas, apenas com os dados de 2010… veja que com meros cada bin de tem por volta de 8000 eventos. Eles vão terminar o ano com aproximadamente e esse gráfico mostra apenas os pósitrons. Ou seja, cada bin que no gráfico do UA1 tinha um ou dois eventos, agora tem por volta de um milhão!

Apesar de grandes discórdias nessa história, a linha de tempo básica parece que todo mundo concorda e é isso que eu quero mostrar aqui. O primeiro artigo que contém a idéia básica da quebra espontânea de simetria como mecanismo para gerar massa é esse aqui abaixo:

Nesse artigo, Anderson argumenta como que ondas eletromagnéticas em um plasma se comportam como se fossem ondas de um campo massivo. Ele conclui, pois, que deve ser possível construir um modelo de Yang-Mills para interações massivas, que Sakurai estava tentando fazer na época (como relatado no artigo acima). Eu acho que o Anderson não costuma entrar na história porque esse artigo é puramente teórico e não considera nenhum modelo específico, embora ele pareça entender que a solução para a aparente incompatibilidade com o teorema de Goldstone é a presença de um campo de longo alcance. Com esse pessoal muito esperto eu sempre tendo a apostar que eles, no fundo, sabiam, mas que talvez não estivesse tão claro em suas mentes – ainda.

Dois anos depois, a história continua com esse artigo aqui:

E aqui começa a controvérsia. Não é claro o quanto Englert e Brout sabiam do trabalho do Anderson e se inspiraram nele. Mas esse é certamente o primeiro artigo que constrói um modelo com o que veio a ser chamado de mecanismo de Higgs.

O primeiro artigo do Higgs mesmo, apareceu um mês depois:

Nesse artigo, tal como Anderson, ele não constrói modelo nenhum, é um artigo puramente teórico. Mas ele coloca em bases um pouco mais sólidas a idéia do Anderson de que na presença de um campo de gauge não massivo, a quebra espontânea de simetria não gera um bóson de Goldstone, mas sim excitações massivas desse campo. Um mês depois, Higgs escreve um outro artigo, onde ele constrói o mesmo modelo do artigo do Englert e Brout com uma realização explítica do que ele tinha escrito no primeiro artigo.

Esse artigo tem uma história interessante. Ele foi primeiro submetido ao Physics Letters B, mas rejeitado. Aí o Higgs submeteu de novo, dessa vez para o Physical Review Letters e o referee do artigo foi o Nambu (prêmio Nobel pela descoberta do mecanismo de quebra espontânea de simetria), que alertou Higgs para a existência do artigo do Englert e Brout e pediu que ele comentasse. Higgs então adicionou uma nota de rodapé, reconhecendo que o modelo “de Higgs” já tinha sido construído anteriormente e inclusive que seu artigo considerava apenas os aspectos clássicos da teoria quântica construída por Englert e Brout.

E alguns meses mais tarde, ainda em 1964, mais três físicos entram na história (como se já não estivesse complicada o suficiente):

Guralnik, Hagen e Kibble ataram o nó dessa discussão num paper que retoma a discussão do primeiro artigo do Higgs e a põe em termos matemáticos mais claros no contexto do modelo já considerado por Englert, Brout e no segundo artigo de Higgs.

É honesto chamar de modelo de Higgs? Não sei, a história dos nomes das coisas quase nunca tem a ver com honestidade. Mas a realidade é que é muito tarde para mudar. Eu acho que o resto da história ninguém tem muita dúvida — Weinberg e Salam, em trabalhos independentes, usaram esse modelo para construir o modelo padrão das partículas/campos elementares e por isso foram agraciados com um outro prêmio Nobel. Para fechar, queria transcrever uma passagem interessante de um artigo chamado A phenomenological profile of the Higgs boson escrito por Ellis, Gaillard e Nanopoulos (Nuclear Physics B. Volume 106, 1976, Pages 292-340):

We should perhaps finish with an apology and a caution. We apologize to experimentalists for having no idea what is the mass of the Higgs boson, unlike the case with charm and not for being sure of its couplings to other particles, except that they are all very small. For these reasons we do not want to encourage big experimental searches for the Higgs boson, but we feel that people performing experiments vulnerable to the Higgs Boson should know how it may turn up.

A história pode ser bem cruel, não é verdade?

"3 Mosqueteiros"

Pra quem gosta de quebra-cabeças, e conhece os envolvidos na ‘descoberta’ do chamado Bóson de Higgs, fica essa dica do blog do Ian Sample: quem são esses personagens do livro Massive?

PS: Eu tenho mais dessas fotos… conforme os palpites forem aparecendo, eu ponho mais alguma(s).

OPERA e neutrinos superluminares

A não ser que você esteve de férias em Marte na última semana, você deve ter ouvido falar que a colaboração OPERA mediu a velocidades de neutrinos produzidos no acelerador SpS do CERN e detectados no laboratório subterrâneo de Gran Sasso, a 730km de distância, e encontraram uma velocidade um pouco acima da velocidade da luz.

Não é necessário dizer que a maior parte dos físicos vê esse resultado com um prior muito, muito (eu já disse muito?) baixo. E já há no mercado uma infinidade de razões para que o resultado esteja errado. A maioria dos links abaixo tem uma ou outra dessas razões e, para ser honesto, maioria delas existe porque o OPERA nunca foi pensado para fazer essa medida. Originalmente a idéia era medir a oscilação de neutrinos do muon para neutrinos dos táon, mas eles demoraram muito para construir o detector e quando ficou pronto, além de já estar obsoleto, as medidas feitas por outros experimentos na diferença de massa “atmosférica” fez com que o número de eventos esperados para toda vida do experimento sejam singelos 2.

Bem, esse não é o primeiro experimento com erros de projeto e nem vai ser o último. Poucos de vocês devem ter ouvido falar do experimento AMY, no acelerador TRISTAN (que precedeu o KEKB). Esse experimento estudava colisões a 60 GeV, onde é bem o ponto em que a interferência entre o fóton e o bóson Z faz com que nada de interessante seja produzido (e é por isso que poucos de vocês já ouviram falar dele )

Anyway, chega de papo e vamos a alguns links:

• Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam (o artigo da colaboração)
• Apresentação no CERN anunciando o resultado
• Blogs comentando sobre o assunto

Fim da vida do Tevatron

É colegas, essa sexta-feira vai ser o fim da vida do Tevatron. Muita coisa está sendo escrita e falada sobre o acelerador e os dois experimentos que tomaram dados por 20 anos! Se você quiser acompanhar o Tevatron sendo desligado, pode acompanhar pela web:

Transmissão ao vivo do desligamento do Tevatron Sexta-feira, 30 de setembro, a partir das 16h00 (horário de Brasília)

Celebrando o Tevatron Site muito legal do Fermilab com uma linha do tempo mostrando as principais descobertas físicas e desenvolvimentos tecnológicos do Tevatron, D0 e CDF.

Tevatron – Três décadas de descobertas Outra linha do tempo, dessa vez da Scientific American.

Um epitáfio para o Tevatron Artigo da Science, por Adrian Cho

Vida longa ao Tevatron Artigo do CERN Courier, por Chris Quigg

Lembrando do Tevatron: A máquina Artigos da conferência DPF 2011 sobre o Tevatron, por Stephen Holmes.

Vai ser engraçada essa transmissão do Tevatron sendo desligado, eu acho. Aparentemente vai ser tudo orquestrado pelo diretor do laboratório entre as salas de controle do Tevatron, do D0 e do CDF. Quer dizer, vai ser a mesma coisa que se faz 2 ou 3 vezes por dia, todo dia, só que anunciado para o mundo?

“E agora eu estou desligando a alta tensão…”

Coisa mais boba. LOL.

Princeton quebrando paradigmas de publicação de artigos

Um assunto sobre o qual eu também já escrevi um par de vezes aqui no blog é sobre a dinâmica de publicações científicas e o papel nocivo das editoras no “mercado” acadêmico e científico. Hoje saiu uma notícia muito interessante relacionada ao assunto. E não vem de um lugar desconhecido no meio do nada. A Universidade de Princeton, vista por muitos como a melhor universidade de ciência do mundo, decretou que nenhum de seus empregados poderá publicar em revistas nas quais o copyright tenha que ser passado à editora.

Claro que, de fora, é muito difícil saber a razão exata do porquê dessa decisão. Consigo imaginar coisas não tão nobres, mas a notícia em si é um grande passo em direção a uma dinâmica mais saudável de trabalho.

Princeton bans academics from handing all copyright to journal publishers

Pronto, agora você pode procrastinar o resto do dia lendo esses vários links e links dentro de links.

Já falei de várias vantagens em se fazer o doutorado em física nos EUA. Mas claro que nem tudo é fácil e existem alguns problemas que todos os alunos enfrentam. Talvez o principal problema acadêmico de se fazer um doutorado nos EUA é que isso significa recomeçar a pós-graduação. Se você está saindo da graduação agora, tudo bem. Mas, como a maioria das pessoas deixa para aplicar depois do mestrado, há um angustiante período de pesquisa perdido na transição, sem contar os 6 meses de diferença entre os períodos acadêmicos.

Nos dois primeiros anos, o aluno é suposto de fazer uma série de cursos básicos, cursos experimentais, cursos avançados na sua área de pesquisa e cursos avançados fora de sua área de pesquisa. Além disso, o aluno tem que passar pelo processo de qualificação, que é composto de várias provas orais e escritas. Essas são provas longas, em geral de vários dias, que avaliam o aluno no seu conhecimento de assuntos básicos, avançados e sobre sua área de pesquisa.

Por assuntos básicos eu não quero dizer assuntos tratados superficialmente. Básico aqui quer dizer que todos eles são necessários para entender qualquer campo de pesquisa. Especificamente, estou me referindo à Mecânica Quântica, Mecânica Estatística, Mecânica Clássica e Eletromagnetismo

Claro que quando se faz cursos sobre assuntos que já se conhece é mais simples tirar uma boa nota. Essa é essencialmente a razão pela qual grande parte dos alunos brasileiros tem um excelente desempenho nos cursos de doutorado nos EUA – nossa formação de graduação e mestrado naturalmente inclui o conteúdo que aqui é deixado para o doutorado. Contudo, não é porque é mais simples que deixa de tomar menos tempo. E é por isso que os dois primeiros anos tendem a ser mortos para pesquisa.

Quando o aluno passa por todas essas obrigações, ele deixa de ser chamado de aluno e passa a ser considerado um Ph.D. candidate. Os requerimentos exatos dependem de universidade para universidade e, se você não quiser ter vários anos de desistímulo por não conseguir fazer pesquisa, é importante pesquisar bem o quanto a universidade vai te prender em obrigações antes de aplicar ou decidir ir. Essa informação sempre está na página da pós-graduação dos institutos de física das universidades. Contudo, para se ter uma idéia da diferença, eu decidi fazer uma pequena compilação de cursos obrigatórios na tabela abaixo.

Eu vou usar as abreviações:

• CC: Cursos básicos (core courses)
• GL: Cursos experimentais (graduate laboratory)
• AC: Cursos avançados na área de pesquisa (advanced courses)
• BC: Cursos avançados fora da área de pesquisa (breadth courses)

Note que o fato deles não serem obrigatórios não quer dizer que eles não existam. Toda boa universidade tem todos os cursos básicos e avançados para te ensinar aquilo que vai ser a tua profissão. Tampouco isso quer dizer que você não vai ter que provar que sabe o conteúdo. Por exemplo, na maioria das universidades que não exigem os cursos básicos, os alunos têm que fazer uma prova de qualificação sobre o conteúdo desses cursos que pode ser tão trabalhosa quanto fazer o curso (mas certamente exige menos tempo). Por isso que, além de ver qual a exigência dos cursos, é importante também ver quais os requerimentos para qualificação.

A tabela abaixo repete, mais ou menos, as universidades da minha tabela anterior sobre salários de alunos de primeiro ano e os números são os números de cursos exigidos para advance to candidacy. Isso deve dar uma idéia de quanto tempo você terá que investir antes de começar a fazer pesquisa. Em geral, o aluno tem o máximo 2 anos para completar todos os requerimentos de cursos, qualificação e para achar um orientador. Se não conseguir, é chutado do programa mesmo. Algumas universidades são famosas por cortar quase metade dos alunos nesse processo (me lembro de ter visto um fração grande em Stanford e de ter ouvido falar de UC Berkeley, mas não tenho os números aqui comigo).

* Mecânica Quântica 1 e 2 só é obrigatório para alunos de teoria. Acho isso quase ofensivo.
** Exige que cada aluno seja assistente num laboratório de pesquisa durante 100 horas e apresente um relatório.
*** O número de cursos exigidos varia com a área de pesquisa.

Você podem perceber que os requesitos variam muito! Além disso, você pode terminar fazendo cursos que não são obrigatórios, seja para não precisar fazer parte da qualificação, seja para aprender algo necessário para passar pela qualificação, ou mesmo para aprender a tua área de pesquisa. Como exemplo, vou falar de Stony Brook.

Aqui há 6 cursos básicos, que não precisam ser feitos se você passar em provas de qualificação sobre cada um dos assuntos. São dois dias de provas e elas são bem difíceis. Por outro lado, não há nenhum curso avançado necessário, mas você vai precisar passar numa outra prova de qualificação que cobra o conteúdo desses cursos e por isso vários alunos terminam fazendo os cursos de qualquer forma.

Essa daqui é o claymation da partida de xadrez entre Roesch e Willi Schlage (Hamburgo, 1910). Esse jogo foi usado por Stanley Kubrick no filme “2001: A Space Odyssey” (na partida entre Frank Poole e HAL-9000).

Pra quem curte, aí vai o jogo: 1. e4 e5 2. Nf3 Nc6 3. Bb5 a6 4. Ba4 Nf6 5. Qe2 b5 6. Bb3 Be7 7. c3 O-O 8. O-O d5 9. exd5 Nxd5 10. Nxe5 Nf4 11. Qe4 Nxe5 12. Qxa8 Qd3 13. Bd1 Bh3 14. Qxa6 Bxg2 15. Re1 Qf3 16. Bxf3 Nxf3#

Entretanto, no sentido exposto no texto — “(…) no set of existential statements can entail a universal statement” —, a primeira coisa que veio a minha mente foi o Teorema do Limite Central (e suas “variações sobre o tema”). Ou seja, apesar dos pesares, minha crítica ao texto, ao modo como o problema foi exposto no texto, é que eu não achei que a noção de recursividade ficou exposta de modo claro o suficiente (de modo que se note que ela é o ‘pilar’ por detrás do problema sendo tratado). A analogia feita no texto é a de que enquanto a afirmação “todos os morcegos estão na pia” é universal, a afirmação “há um morcego na pia” é existencial. O problema dessa analogia é que nós já sabemos, a priori, que o número de morcegos é finito (assumindo, claro, que só existem morcegos no nosso planeta), o que faz uma diferença enorme em toda essa brincadeira. Num certo sentido, o problema dessa analogia está no Paradoxo de Banach–Tarski: se fosse possível, através dum corte ao meio, se obter dois morcegos idênticos entre si, a partir dum morcego original, aí sim, essa seria uma analogia bona fide, uma vez que a recursividade estaria então implementada no problema. Aliás, é por essas, e outras, que existem diferentes formulações da Teoria de Conjuntos, como, e.g., Teoria de Conjuntos de Zermelo–Fraenkel (e suas respectivas objeções), assim como Teoria de Topos e Teoria de Conjuntos de Tarski–Grothendieck.

Acho interessante ver que o Paradoxo de Russell é de ~1925… e que, por exemplo, os Teoremas de Incompletude de Gödel são de 1931: quando postos em contexto, acho que as implicações são bem interessantes. :wicked:

No final das contas, esse assunto tem um nome: Meta-Matemática — leia mais sobre isso em Meta Math! The Quest for Omega e Omega and why maths has no TOEs. Ou seja, como devemos usar a matemática pra avaliar a própria matemática?

Num certo sentido, isso me leva a pensar diretamente sobre o conceito de Grupo de Renormalização, Teorias Efetivas e Espaço de Teorias (em física teórica) (ver também Grupo de Renormalização Funcional). Ou seja, em Física existem teorias que são fundamentalmente desconexas (como, por exemplo, a Relatividade Geral e a Mecânica Quântica); entretanto, existe todo um outro conjunto de teorias que estão conectadas via o Grupo de Renormalização: ou seja, existe uma teoria pra explicar cada conjunto de graus-de-liberdade (ie, as variáveis que descrevem uma determinada teoria); entretanto, é possível se rearranjar um conjunto de graus-de-liberdade de modo a se obter as variáveis relevantes para se explicar outra teoria — esse fenômeno leva o nome de Transição de Fase.

Nesse sentido, existem várias escalas relevantes para a Física, que efetivamente formam “ilhas de teorias”, ou “ilhas de verdade” (à la Gödel). Dessa forma, acabamos com um sistema multi-fractal: a auto-similaridade consiste no fato de que toda a estrutura Física se repete nas diversas escalas: Lagrangianos, [quantização via] Integral de Trajetória de Feynman, Renormalização, etc, etc, etc — exceto, claro, por pontos-fixos não-triviais no Fluxo de Renormalização.

Ou seja, estimando-se em 25 milhões de pessoas o número da fome de terra, estamos falando em cerca de 202.500 Km² — isto é, aproximadamente 37% da área da França, ou cerca de 57% da área da Alemanha.

Vivendo da terra

“… The first thing to understand is that mathematics is an art. The difference between math and the other arts, such as music and painting, is that our culture does not recognize it as such. Everyone understands that poets, painters, and musicians create works of art, and are expressing themselves in word, image, and sound. In fact, our society is rather generous when it comes to creative expression; architects, chefs, and even television directors are considered to be working artists. So why not mathematicians?”

(Tradução livre: “… A primeira coisa a entender é que a matemática é uma arte. A diferença entre a matemática e as outras artes, como música e pintura, é que nossa cultura não a reconhece [como arte]. Todo mundo entende que poetas, pintores, e músicos criam trabalhos de arte, e se expressam em palavras, imagens e sons. De fato, nossa sociedade é meio generosa quando o assunto é expressão criativa; arquitetos, chefs [de cozinha], e até mesmo diretores de TV são considerados artistas. Então, por que não os matemáticos?”)

Taí uma desses “perguntinhas capiciosas” que têm a capacidade de mudar muita coisa… “Por que não os matemáticos?”

Particle physics is a branch of physics that studies the elementary particle|elementary subatomic constituents of matter and radiation, and their interactions. The field is also called high energy physics, because many elementary particles do not occur under ambient conditions on Earth. They can only be created artificially during high energy collisions with other particles in particle accelerators.

Particle physics has evolved out of its parent field of nuclear physics and is typically still taught in close association with it. Scientific research in this area has produced a long list of particles.

Mas hein? Partículas que só podem ser criadas em aceleradores? Física de partículas é ensinada junto com física nuclear? A pesquisa produz partículas (essa é ótima!)?

Em que mundo essa pessoa vive? Reescrevi:

Particle Physics is a branch of physics that studies the existence and interactions of particles, which are the constituents of what is usually referred as matter or radiation. In our current understanding, particles are excitations of quantum fields and interact following their dynamics. Most of the interest in this area is in fundamental fields, those that cannot be described as a bound state of other fields. The set of fundamental fields and their dynamics are summarized in a model called the Standard Model and, therefore, Particle Physics is largely the study of the Standard Model particle content and its possible extensions.

Eu acho que ficou bem melhor. Vamos ver em quanto tempo algum editor esquentado da Wikipedia vai demorar para reverter. Atualmente está um saco participar da Wikipedia por causa dessas pessoas.

Se minha memória não me falha eu já escrevi sobre isso aqui no blog. Nesse encontro houve um fórum para discussão desse assunto onde várias questões sobre as quais eu nunca tinha parado para pensar foram levantadas. Eu acho que não importa muito quem estava no painel, basta dizer que havia físicas em início e meio de carreira, bem como experimentais e teóricas.

A primeira discussão levantada foi o problema de se constituir família enquanto se trabalha com física, chamado (em forma de piada) de “two-body problem”. Várias mulheres presentes deram a entender que esse era um problema pior para a mulher do que para o homem. Isso é falso, obviamente, mas precisou de alguma discussão para que se chegasse a essa conclusão. Ouvimos alguns relatos inclusive de maridos que abandonaram sua carreira para permitir que suas esposas pudessem exercer uma carreira científica. Isso não é mais incomum hoje e minha impressão é que esse primeiro tópico discutido era muito mais fruto do egoísmo individual do que o fato de ser mulher ou homem.

Um segundo assunto que foi amplamente discutido foi o momento ideal da carreira de se ter filhos, se é que isso existe. A discussão se concentrou na questão do que era menos pior: ter filhos durante o pós-doc ou durante o início da docência (por exemplo, durante um tenure-track como existe aqui nos EUA). Eu achei muito curioso como as opiniões divergiram e, no fim, a conclusão mais interessante foi que esse problema é muito pior em física teórica do que experimental. Ouvimos vários relatos de mulheres que foram mães durantes seus pós-docs e cujos companheiros de experimentos continuaram o trabalho durante sua ausência para maternidade e facilitaram sua volta depois do tempo devido e necessário. As físicas teóricas presentes relataram que isso é impossível no seu campo e que a ausência de artigos no período de maternidade ainda é visto com muito preconceito. É um absurdo que ainda exista esse tipo de comportamento.

O aspecto colaborativo da física experimental de altas energias foi repetidamente citado como positivo para mulheres. Várias vezes foi sugerido que as alunas e pós-docs sempre procurassem mentores dentro da sua instituição que pudesse garantir o tipo de suporte que descrevi no parágrafo acima, se necessário. Eu acho isso positivo, claro. O que eu achei curioso é que o a sub-representação feminina em algumas sub-áreas da física de altas de energias, como teoria, não é visto como um problema que merece atenção separada e muitos chegaram a citar as evidências apenas como anedóticas.

Eu não achei nenhuma estatística específica sobre isso e estou muito motivado a fazer um estudo sobre isso nos próximos meses. Mas a impressão das pessoas presentes é que as áreas de física teórica de altas energias e de instrumentação em altas energias ainda são muito hostis com as mulheres. Eu acho que deveria haver um programa específico para reverter essa situação, mas eu vou adiar a discussão até ter números que tornem meu argumento mais sólido. Por enquanto, vocês vão ter que acreditar na minha experiência.

Um tópico que não poderia faltar são as medidas afirmativas. Houve algumas críticas ao fato que esses programas são interrompidos quando eles começam a funcionar. Parece haver uma impressão das agências que financiam essas medidas de que, se uma universidade está numa posição um pouco melhor que as demais, mesmo que ainda longe do ideal, o foco deve ser voltado para aquelas em pior situação. Ouvimos, inclusive, sobre alguns casos em que isso significou um retrocesso para o esforço de tornar a área mais receptiva a mulheres.

Várias propostas específicas de medidas afirmativas foram discutidas, embora na maioria delas o painel tenha cometido a mesma falácia de não acreditar que o problema existe igualmente para os homens quanto para mulheres. Por exemplo, foi sugerido que o longo tempo entre a graduação e o primeiro emprego é pior para mulheres do que para homens. Isso é absurdo! Isso é um problemas para os dois e tem que ser atacado sem discriminação sexual. Também foi sugerido que buscas por docentes sem restrições de áreas tornaria o número entre homens e mulheres mais saudável. Isso é outra mentira, já que um dos frutos do preconceito é que há concentração de mulheres em algumas poucas áreas da física.

Mas também houve boas idéias postas na mesa. Reafirmou-se a necessidade de evitar o famoso chilly climate, sugeriu-se que as instituições de ensino criassem um curso de formação específico para os TAs e docentes homens sobre como tratar as alunas e colegas sem preconceito e, o que eu acho a melhor dentre todas as idéias, que as mulheres físicas sempre façam um trabalho de extensão de ir a colégios de educação básica falar sobre suas profissões.

Há um consenso de que grande parte do problema é apenas de pipeline. Menos alunas interessadas em física quando jovens, no futuro, 20 anos depois, resulta em menos mulheres como docentes nas universidade. Isso quer dizer que uma primeira educação científica mais ampla e o contato cedo com profissionais mulheres na área científica pode reverter grande parte do aspecto social imbuído nesse desequilíbrio. Algumas pessoas disseram que a menor desigualdade que existe em outros países, e citou-se em particular a Itália, é justamente devido a esse tipo de atitude diferente.

Eu gostaria muito que o fórum tivesse sido mais longo. As discussões estavam instigantes e as sugestões enriquecedoras. Eu realmente estou interessado em desenvolver essa pesquisa sobre a distribuição das mulheres em física de altas energias por sub-área. Estou pensando em fazer a divisão: theoretical theory, phenomenological theory, analist experimental, instrumentation (hardware) experimental.

Falando nisso, num próximo post eu também quero discutir os esforços que estão sendo feitos nesse país para se criar essa nova divisão da física de altas energias: instrumentação. Foi outro fórum muito interessante, mas agora eu tenho que pegar o trêm de volta para casa.

[N.B.: Pra quem achou a piadinha acima infâme… tem uma melhor ainda hoje: Nova animação da Pixar: Start UP, a história de um velhinho que queria levantar sua empresa com bolhas da internet. tá-dá-tush… ]

Chip Brock, um usuário esporádico do twitter (@chipbrock), além de distinguished professor da Universidade do Estado de Michigan relatou uma experiência, que já parece relativamente popular em outras áreas, de usar o twitter para que os alunos façam perguntas durante a aula.

A idéia é simples: um tweet feed fica sendo atualizado e exibido continuamente durante a aula. Com isso, os alunos podem fazer perguntas usando seus smartphones ou computadores sem ter que interromper a aula, o que sempre é uma barreira para os alunos mais envergonhados. Por outro lado, imagino, deve ser mais uma fonte de distração para os alunos e para o professor.

E você, caro leitor, o que acha dessa idéia? Você usaria nas suas aulas se fosse tecnologicamente possível na sua escola/universidade?

Nesse tipo de encontro não dá para ver tudo que está sendo apresentado, porque existem muitas sessões que acontecem em paralelo e a gente termina tenho que fazer escolhas. Mas antes de começar, deixa eu mostrar algumas fotos.

Esse é o poster que o Daniel está apresentando:

E esse sou eu que vos escrevo apresentando meu trabalho:

Se você quiser ver os slides que eu apresentei, pode baixar aqui.

Agora que a parte fofoca já está feita, deixa eu fazer um breve resumo das coisas interessantes que vi até agora.

Na segunda-feira, Michael Schmitt começou fazendo uma revisão sobre a teoria eletrofraca com uma discussão interessante dos novos projetos para medir as massas e constantes de acoplamento dessa teoria. Depois dele, Konstantin Matchev, que era suposto de dar uma palestra sobre teoria de física além do modelo padrão, resolveu fazer algo diferente e falou sobre a dinâmica pós-LHC entre teóricos e experimentais. Ele tentou argumentar que físicos experimentais não devem dar resultados para modelos específicos, mas simplesmente medir certas quantidades e ponto. Algo bonito de se falar, mas impossível de se fazer nas procuras mais difíceis. George Redlinger deu a palestra seguinte sobre o lado experimental da física além do modelo padrão. O Tevatron continua tendo os sinais provocantes: a assimetria de múons de mesmo sinal e a assimetria na produção de tops. No LHC, apenas decepções até o momento na procura por nova física.

Essas foram as plenárias do primeiro dia. Por um motivo profissional, eu assisti a sessão paralela de eletrofraca. O Daniel pode falar melhor de outras sessões que ele assistiu. As paralelas de eletrofraca começaram com outra revisão mas que dessa vez focou mais no papel das PDF para medidas de precisão e num projeto de um conjunto de distribuições determinado apenas por aceleradores, ie, eventos em algo . Daí seguiram uma série de talks sobre medidas da seção de choque diferencial normalizada da produção de W e Z no Atlas, no CMS, no LHCb e no D0 (essa última apresentada por mim). Algumas dessas distribuições, como por exemplo em função da rapidez, podem ser usadas para determinação de PDF. A distribuição em função de medida pelo D0 pode ser usada para validar modelos não-perturbativos. Acho que vale ressaltar o esperto uso dessa nova variável pelo D0 (cuja definição você pode ver nos meus slides, acima) e o uso do HF do CMS para estender a aceitação a valores bem altos de pseudo-rapidez. Claro que a resolução não é tão boa, mas eles conseguem acessar valor de Bjorken-x que, de outra forma, apenas o LHCb conseguiria.

Tanto o CDF quanto o D0 (na minha apresentação) também apresentaram sua medidas mais recentes do . Esse ângulo, chamado ângulo fraco, é o ângulo de mistura entre o bóson Z e o fóton. O CDF apresentou um método de unfolding bem diferente, mas o resultado, apesar de muito interessante, não é mais preciso do que a medida do D0, que usou a derivada da assimetria no decaimento do Z em torno do seu polo de massa. Eu também apresentei nossa medida do acoplamento entre quarks e e o bóson Z, que é a mais precisa já feita.

Tanto o CMS quanto o Atlas apresentaram medidas da seção de choque da produção de W e Z com jatos. Na verdade, ambas mediram razões entre os valores com diferente multiplicidade de jatos, já que assim algumas incertezas cancelam. É muito impressionante a quantidade de jatos que se consegue observar nesses experimentos. Essas são típicas medidas em que complicadas contas com loops (ie, com efeitos quânticos) são necessárias para explicar o que se está observando.

Durante o almoço temos panéis de discussão. No primeiro dia o tema foi o uso de redes sociais para ensino e divulgação de física. Como vocês podem imaginar, dado o meu histórico, eu tinha bastante interesse na discussão. Estavam presentes Adrian Cho, editor da sessão de divulgação científica da revista Science; Lisa Van Pay, que trabalha como representante de imprensa para NSF (o equivalente do CNPq por aqui); Chip Brock, que já foi coordenador da DPF/APS e Ken Bloom, que é um dos editores do blog USLHC que recentemente foi fundido ao Quantum Diaries. O Gordon Watts, do blog Life as a Physicist, era também para estar presente mas não pode comparecer. O resultado da discussão, contudo, foi bem decepcionante. Os panelistas e o público presente focaram mais na questão de como convencer a população que o dinheiro investido em física é bem aplicado (o que até pode ser feito em redes sociais, é verdade) do que no uso de redes sociais para divulgação, ensino e orientação de física. Uma pena.

O painel de hoje sobre o Projeto X foi bem mais interessante. Discutimos tantos os aspectos políticos e financeiros quanto físicos dos próximos projetos de física de altas energias nos EUA. Diversos experimentos com feixes de neutrino, múons e káons estão sendo construídos para fazer medida de precisão e assim acessar escalas até mesmo fora do alcance do LHC.

Por motivos profissionais, eu não pude assistir as sessões plenárias de hoje, mas assisti as sessões paralelas de eletrofraca e P&D de detectores de partículas. A sessão de física eletrofraca começou com a apresentação de um novo cálculo da amplitude de produção de W e Z associados com um jato em NLO (que neste caso caso corresponde a dois loops). A conta foi feita usando o grupo de renormalização para resomar glúons de baixa energia perto do limiar de produção e descreve bem a região de alto momento transverso do bóson vetorial.

Tivemos então mais apresentações de medidas de seções de choque diferenciais normalizadas de W e Z e a apresentação de uma antiga medida da massa do W no D0 (a próxima está quase saindo, juro ). A sessão de P&D de detectores começou com uma revisão dos esforços da colaboração CALICE para o desenvolvimento de calorímetros otimizados para medidas que usam a técnica de fluxo de partículas, sobre os quais eu já falei aqui no blog, e foi seguida de várias palestra interessantes sobre calibração do calorímetro eletromagnético do CMS e das câmaras de múons do Atlas. Eu acho que o destaque ficou para a boa apresentação sobre o detector de radiação de transição do Atlas que se mostrou melhor do que imaginado para discriminação entre elétrons e píons, sem degradar a resolução com que se mede essas partículas nos calorímetros. Esse detector separa elétrons e píons observando a amplitude e o tempo do sinal nos vários tubos pelos quais a partícula passa.

Infelizmente as sessões não estão sendo gravadas. Mas, se você quiser ver os slides de todas essas apresentações sobre as quais falei e todas as outras que não assisti, você pode seguir esse link para o Indico

Ainda temos mais três dias. Conto quando voltar para casa.

O programa da Conferência pode ser encontrado no link de ‘Schedule’ da mesma.

Mais ainda, os “proceedings” da Conferência serão publicados através do eConf.

Há também uma página para a Conferência no Indico do CERN, DPF2011 @ Indico/CERN. (A razão pra essa duplicação de esforços está fora da minha alçada (coisas da dicotomia de se passar o tempo dividido entre duas insituições) — quando me chamaram pra ajudar na organização da DPF2011 esse tipo de decisão já havia sido tomada. )

De qualquer maneira, essa página no Indico contém links para os Resumos das palestras e posteres, índice dos autores e palestrantes. Em particular, nestas listagens e índices é possível se encontrar os PDF que já foram carregados para o servidor.

Eu e o Rafael estamos atendendo a DPF2011. Então, vcs podem esperar por twittadas, fotos, posts, etc, etc, etc… provavelmente não no estilo “cobertura ao vivo”, uma vez que tudo vai ser meio corrido, mas fica aí aberto o canal pra quem quiser fazer perguntas ou participar de alguma outra maneira.

Em Nanociência o número de dimensões também pode variar, e ser diferente de três. Mas neste caso a contagem de dimensões é feita no espaço-k. Um material com relações de dispersões em n direções é dito ser n-dimensional (ou nD). Algumas pessoas preferem se referir a estes materiais como quasi-nD, para não confundir com o espaço real nD.

Por exemplo, um cristal 3D é formado pela repetição de uma célula unitária em três dimensões. Como há condições periódicas de contorno, suas propriedades eletrônicas (funções de onda, autoenergias, DOS) serão mapeadas num espaço-k de dimensão 3. Na superfície deste mesmo cristal 3D, uma das condições de periodicidade é perdida, fazendo o espaço-k desta região ser reduzido em uma dimensão também.

Alótropos de carbono de várias dimensões.

Para os alótropos de carbono, entre algumas das estruturas de baixa dimensionalidade (n<3) estão a molécula de Fulereno (0D), nanotubos de carbono (1D), nanofitas de grafeno (1D) e grafeno (2D). As bicamadas (ou multicamadas) de grafeno também são consideradas 2D, já que embora haja átomos de carbono distribuídos espacialmente em três dimensões, só há periodicidade em duas. Isto acaba se refletindo na zona de Brillouin, enquanto multicamadas de grafeno têm zona hexagonal (no plano), o grafite tem um prisma hexagonal. As superfícies (ou hiper-superfícies) da estrutura de bandas também são diferentes nestes dois materiais.

O conceito de dimensionalidade de uma nanoestrutura é simples, mas não é incomum ver algumas pessoas (as vezes até professores) errando isto. Mas pra corrigir isto sempre podemos recorrer ao velho e bom teorema de Bloch.