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Archive for julho \31\America/New_York 2009

A semana nos arXivs…

sexta-feira, 31 jul 2009; \31\America/New_York\America/New_York\k 31 Deixe um comentário


Realejo do dia…

terça-feira, 28 jul 2009; \31\America/New_York\America/New_York\k 31 Deixe um comentário

Realejo do dia…

segunda-feira, 27 jul 2009; \31\America/New_York\America/New_York\k 31 Deixe um comentário

Quando buracos negros colidem

domingo, 26 jul 2009; \30\America/New_York\America/New_York\k 30 3 comentários

Em 1964, Susan Hahn e Richard Lindquist, então na IBM Nova York, decidiram estudar numericamente a evolução temporal de dois buracos de minhoca (Ann. Phys. 29:2 304 (1964)). Parece uma tarefa fácil: você decompõe as equações da Relatividade Geral em uma forma adequada, coloca no computador e pede a resposta! Mas Hahn e Lindquist encontraram uma pedra no caminho: o programa congelava antes de dar qualquer resposta útil. A simulação era impossível. O que eles descobriram foi um problema que demorou mais de quarenta anos para ser solucionado: como resolver as equações da Relatividade Geral em um computador?

Várias tentativas foram realizadas desde o pioneiro trabalho de Hahn e Lindquist em busca do tratamento numérico adequado para a Relatividade Geral e envolveu físicos teóricos eminentes como Kip Thorne e Saul Teukolsky, mas sem nenhum sucesso. Em 1990, o projeto LIGO, o experimento que tem a maior chance de em breve detectar as ondas gravitacionais, trouxe grande pressão para a resolução desse problema. Estimava-se que as maiores fontes de luminosidade em ondas gravitacionais no universo seriam as fusões de buracos negros, provavelmente os objetos de mais fácil acesso ao experimento. Todavia, o cálculo da irradiação gravitacional desse fenômeno não pode ser feito pelas técnicas analíticas de solução da Relatividade Geral: é necessário obter uma resposta aproximada numericamente. A National Science Foundation nos Estados Unidos iniciou em 1990 então um programa específico de financiamento para um esforço de resolver o problema.

A grande revolução surgiu em um artigo submetido a 4 de julho de 2005 ao arXiv: Frans Pretorius, da Universidade de Alberta do Canadá e do CalTech, Estados Unidos, tornou pública a primeira simulação numérica bem sucedida da fusão de dois buracos negros. O resultado mais importante da simulação é a forma da onda gravitacional em função do tempo (cf. figura).

Onda gravitacional da fusão de buracos negros, como medida em um ponto fixo no espaço em função do tempo.

Onda gravitacional da fusão de buracos negros, como medida em um ponto fixo no espaço em função do tempo.

As simulações numéricas permitiram descobrir que a fusão de buracos negros emite cerca de 4% da massa total do binário em forma de ondas gravitacionais. Para um binário de buracos negros supermassivos — mil a um milhão de vezes mais pesado que o Sol — , como os que existem no centro de quase toda galáxia no universo, a potência irradiada pelo processo de fusão é da ordem de 1023 vezes a luminosidade intrínseca do Sol. Para comparação, todas as estrelas do universo observável iluminando juntas o espaço tem uma potência de 1021 sóis. Uma única fusão de buracos negros emite em ondas gravitacionais mil vezes mais energia que 100 bilhões de galáxias juntas emitem em luz!

Mas quando dois buracos negros vão fundir no universo? Acredita-se que no núcleo de quase toda galáxia há um buraco negro, então quando duas galáxias colidem (se misturam seria uma expressão mais adequada) é possível que os buracos negros de seus centros formem um binário que após algumas voltas entram em rota de colisão. Fusão de galáxias é um processo comum na história, acredita-se que toda galáxia hoje passou por pelo menos uma. A Via Láctea está atualmente em fusão com sua vizinha elíptica, a galáxia anã Sagitário, e em cerca de 3 bilhões de anos colidirá com a galáxia de Andromeda.

O seguinte vídeo é uma simulacão numérica completa da fusão de dois buracos negros, trabalho do grupo de relatividade numérica do Centro Espacial Goddard da NASA. O que você vê em cores é a amplitude do campo gravitacional para um dos modos de polarização da onda emitida (o fundo estrelado é artificial, não é incluído na simulação). Mais do que um filme bonito, essas simulações permitirão abrir uma nova porta para a astronomia e física do universo primordial, como veremos.

Agora, voltando ao problema da programação da Relatividade. Um programa que faz esse tipo de simulação é o openGR, desenvolvido pelo Centro de Relatividade da Universidade do Texas em Austin, que como nome diz é um programa livre. Até o momento, apenas os problemas de fusão de buracos negros foram investigados. Um próximo passo natural é a evolução do campo gravitacional cosmológico. No futuro, as simulações do universo primordial conterão simultaneamente a evolução do campo gravitacional com todas as reações do plasma contido no universo — é literalmente uma simulação detalhada da evolução de tudo que há no universo, a geometria inclusive. De imediato, isso terá importância para a descrição minunciosa da variação espacial da temperatura da radiação cósmica de fundo — anisotropias da CMB, para ser curto — , que fornece informação do conteúdo do universo e da evolução dos bárions, neutrinos, fótons e matéria escura durante os primeiros 500 mil anos do cosmos. Por exemplo, o fato dos neutrinos terem massa pode ser visto nas anisotropias da CMB, portanto é possível que o satélite Planck forneça o primeiro valor experimental da massa dessas partículas elementares, embora para verificar isso não é necessário grande detalhe na evolução temporal da Relatividade Geral — um cálculo analítico que trata as inomogeneidades do universo como pequenas é suficiente. Todavia, há regimes — as transições de fase no universo primordial — em que as anisotropias não podem ser tratadas como pequenas perturbações no campo gravitacional e um cálculo numérico se torna útil, embora não definitivamente a única escolha (há uma outra possibilidade, o uso de métodos aproximados analíticos).

LIGO: confrontando cálculo com experimento

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A semana nos arXivs…

domingo, 26 jul 2009; \30\America/New_York\America/New_York\k 30 3 comentários

Essas últimas três semanas foram corridas, de colaborações à visitas, incluindo os arXivs saírem do ar por 2 dias. Então, a pilha de artigos está um pouco volumosa… vamos a ela. 🙂



Toons…

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sábado, 25 jul 2009; \30\America/New_York\America/New_York\k 30 Deixe um comentário

😈

Pierre Auger enfraquece relação entre UHECR e núcleos ativos de galáxias

terça-feira, 14 jul 2009; \29\America/New_York\America/New_York\k 29 Deixe um comentário

Durante a 31a Conferência Internacional de Raios Cósmicos na Polônia (7 – 15 Julho 2009), a colaboração Pierre Auger tornou pública uma maior quantidade de dados de raios cósmicos de altas energias (UHECR) — maior que 107 TeV — e concluiu que a relação entre núcleos ativos de galáxias (AGNs) e a origem destes raios cósmicos está mais fraca do que eles haviam encontrado em novembro de 2007. Acredita-se que AGNs diferem das galáxias comuns por possuírem um buraco negro central que acelera matéria produzindo radiação eletromagnética em quantidade muito superior aquela que poderia ser obtida dentro de estrelas.

Na primeira análise, publicada na revista Science, 18 de 27 eventos encontravam-se a menos de 3° de um AGN. Na nova análise de julho de 2009, 17 eventos de 44 foram encontrados na direção de AGNs. Os dados são parcos e a colaboração conclui que mais informação é necessária para creditar AGNs como fontes dos raios cósmicos de ultra energia. Uma análise estatística no momento indica todavia que a probabilidade de tal correlação ser medida para uma distribuição isotrópica de fontes é de apenas 1%. Esse resultado aparentemente favorável pode ser contudo artificial devido ao pequeno número de dados.

MOND talvez requer matéria escura

segunda-feira, 13 jul 2009; \29\America/New_York\America/New_York\k 29 1 comentário

Um dos últimos refúgios para uma alternativa a existência de matéria escura no universo é o modelo conhecido por MOND. Benkenstein formulou uma versão relativística, conhecida pela sigla TeVeS. Em dois artigos recentes, Mairi Sakellariadou et al. (arXiv:0901.3932 e arXiv:0907.1463) do King’s College de Londres encontram evidência de que o modelo TeVeS não suporta simultaneamente as lentes gravitacionais e as curvas de rotação de galáxia sem exigir um componente de matéria escura. Para isso, eles analisaram as lentes gravitacionais e as curvas de rotação de seis galáxias. Para explicar lentes gravitacionais, a teoria exige um conjunto de constantes diferente do que ela exige para as curvas de rotação. Até o melhor ajuste das lentes deduz automaticamente uma quantidade de massa superior a massa luminosa das galáxias. Ou seja, ainda se ignorarmos as curvas de rotação, as lentes gravitacionais impõe a existência de matéria escura no modelo TeVeS — inclusive aproximadamente na mesma quantidade da Relatividade Geral.

Obter a massa luminosa das galáxias é relativamente fácil. Uma estimativa é contar o número de estrelas e multiplicar pela massa do Sol. No trabalho em questão, os autores utilizaram um resultado de um grupo de astrônomos que é preciso e sofisticado: a massa total luminosa é extraída de uma simulação da estrutura galática combinada com as propriedades conhecidas dos tipos de estrelas luminosas pertencentes a estas regiões, usando medidas astronômicas de luminosidade por freqüência como entrada.

Mais: pequena explicação em português sobre lentes gravitacionais e colóquio no IF-USP de Martín Makler (CBPF).

Além da incerteza, segunda parte

sábado, 11 jul 2009; \28\America/New_York\America/New_York\k 28 6 comentários

O Clube do Urânio

Otto HahnKurt DiebnerFriedrich Hund
Carl von WeizsäckerKarl WirtzWalther Gerlach

Otto Hahn, Kurt Diebner, Friedrich Hund, Carl von Weizsäcker, Karl Wirtz e Walther Gerlach
Em 1938 ficou evidente a potencialidade de nova fonte de energia da fissão nuclear, realizada pela primeira vez por Otto Hanh e Fritz Strassmann em Berlim nazista. Em setembro de 1939, no mesmo dia da invasão alemã da Polônia e a declaração de guerra dos Aliados, a Physical Review publicou um artigo de Bohr e Wheeler (Phys. Rev. 56 (1939) 426-450) com o primeiro esboço de uma teoria da fissão nuclear no qual eles indicavam como misturas adequadas de diferentes isótopos de urânio poderiam ser utilizadas para produzir reações controladas e descontroladas com enorme liberação de energia. Siegfried Flügge, pupilo de Heisenberg e então no Instituto de Química do Kaiser Wilhelm em Berlim, imediatamente tornou público o interesse alemão na energia nuclear para fins práticos com seu artigo “Pode o conteúdo energético de nucleos ser tecnicamente útil?” (Naturwissen. 27, 23, 402-410 (1939)). A corrida para o uso da energia nuclear começava junto com a guerra. A Alemanha foi a primeira nação a ter um programa para estudar a exploração da energia nuclear com fins bélicos. Em 16 de setembro de 1939, o Escritório de Armas do Exército convocou uma primeira reunião idealizada por Kurt Diebner, físico pesquisador do exército especialista em explosivos, para discutir o potencial da energia nuclear. Heisenberg, Hahn e von Weizsäcker integrariam o recém criado Clube do Urânio a partir de 26 de setembro.

O clube do urânio pesquisou obter um reator nuclear primordialmente, prometendo para o exército a possibilidade de um gerador a ser utilizado em tanques e submarinos. Uma bomba era uma aplicação óbvia de conhecimento de todos os envolvidos, porém a quantidade de urânio explosivo necessária era considerada difícil, senão impossível de ser obtida com os métodos de separação química. Por outro lado, o lixo de um reator de urânio, plutônio, podia ser separado quimicamente em quantidade adequada para formar uma bomba. Heisenberg estimava que possivelmente após obter um reator nuclear, alguns anos seriam necessários até que uma bomba fosse viável. O que eles nunca descobriram foi que o urânio explosivo podia ser separado do urânio mineral natural através de um método desenvolvido por Gustav Ludwig Hertz. Devido sua descendência judaica, Gustav Hertz foi demitido de sua posição acadêmica, embora manteve-se pesquisando na Alemanha no laboratório de pesquisa da Siemens. Os alemães não conseguiram fabricar um reator nuclear ou um explosivo. O Projeto Manhattan construiu com sucesso a bomba de urânio com o método de Hertz e uma de plutônio obtido por separação química.

As publicações mantiveram-se restritas ao clube em relatórios ao exército que foram recuperados no pós-guerra. Heisenberg mergulhou-se intensamente para realizar o projeto com sucesso a partir de 1939 e tornou-se o líder teórico da empreitada, incluindo desenhos de modelos de geometrias para reatores. Em Leipzig, Hund montava os reatores com seus assistentes de acordo com os modelos de Heisenberg. Diebner em Berlim tinha um grupo independente e realizava modelos próprios. Outras unidades envolvidas incluiam os berlinenses Instituto de Química do Kaiser Wilhelm e o Instituto de Física do Kaiser Wilhelm, ambos supervisionados de perto por Walther Gerlach que era diretor da Academia do Kaiser Wilhelm para Avanço da Ciência (Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft, KWG).

Um episódio misto de curioso e trágico deste período foi a tentativa de assassinato de Heisenberg por um agente da OSS, futura CIA. O agente (Morris Berg) estabeleceu contato com o físico experimental Paul Scherrer do ETH Zurique, disposto a colaborar. Scherrer convidou Heisenberg a Zurique em dezembro de 1944. Durante o jantar da visita na casa de Scherrer, Berg sentou-se ao lado de Heisenberg com um arma carregada, preparado para matar o físico no primeiro indício de que os alemães estavam construindo uma bomba. Ciente que na neutra Suíça seria vigiado por espiões de ambos os lados, Heisenberg manteve-se discreto. A sua única declaração que gerou furor foi que a Alemanha provavelmente perderia a guerra. A declaração foi telegrafada para SS por um espião da Gestapo presente no jantar, quase iniciando uma nova investigação da confiabilidade política de Heisenberg.

O clube do urânio buscou um reator de fissão até o último momento. Em janeiro de 1945, devido aos bombardeios dos aliados à Berlim, toda a pesquisa nuclear realizada na cidade foi transferida para outros locais. Uma montagem de Wirtz foi desmantelada por ordem de Gerlach para ser transportada a um posto improvisado em Hechingen onde a equipe do Instituto de Física do Kaiser Wilhelm, agora liderada por Heisenberg, havia transferido seu laboratório. Gerlach abruptamente parou a caravana em Stadtilm em Thüringen onde encontrou a nova instalação de Deibner, e ordenou a remontagem do reator, temendo que o fim da guerra não permitisse a eles chegarem ao posto em Hechingen. Heisenberg e von Weizsäcker receberam um telefonema para deixarem o laboratório e irem a Stadtilm em uma última tentativa que reuniria os grupos que antes estavam separados. Os recursos também seriam combinados: urânio e água pesada que estavam a disposição do grupo de Heisenberg foram transportados de Hechingen a Stadtilm em um comboio o mais rápido que a guerra permitia. O material chegou na última semana de fevereiro de 1945, apenas dois meses antes do fim da guerra. Na cidade vizinha a Stadtilm, Haigerloch, o grupo montou o último reator nuclear do projeto. Mesmo cientes que o fim da guerra estava próximo e que qualquer sucesso nos meses seguintes teria nenhuma importância bélica para o desfecho do conflito, o Clube do Urânio trabalhou intensamente para alcançar seu objetivo. Na primeira semana de março de 1945, Heisenberg, Wirtz e uma equipe de técnicos começou a montagem do reator cilíndrico, com blocos de urânio suspensos de uma cobertura de grafite de um tanque que seria enchido com água pesada. A medida que água pesada entrava no tanque, nêutrons emitidos pelo decaimento do urânio reagiam com a água produzindo mais nêutrons, uma multiplicação da reação nuclear em cadeia controlada que eles desejavam. A medida que a multiplicação ocorria durante a liberação de água pesada, eles perceberam que não atentaram para um ingrediente básico de segurança: caso a reação saísse do controle — levando a explosão do reator — , chapas de cádmio (um forte absorvente de nêutrons) seriam mergulhadas no tanque, todavia, eles não calcularam se a quantidade disponível era a necessária para o novo arranjo. Ainda assim, o experimento não foi interrompido. Eles não obtiveram sucesso. Com o avanço das tropas aliadas, Diebner e Gerlach em 8 de abril abandonaram qualquer tentativa e fugiram para Munique e Heisenberg foi encontrar sua família em sua casa de verão em Urfeld. Em 3 de maio, um pequeno esquadrão norte-americano orientado pela OSS e violando um tratado com a França, invadiu a vila de Urfeld, subiu a montanha e encontrou Heisenberg calmo sentado na varanda. Sem que seus familiares pudessem entender o que estava ocorrendo, Heisenberg seguiu para seu escritório, pegou todos os documentos pertinentes e entregou-se. Até junho daquele ano, ele, Wirtz, Gerlach, von Laue, Hahn, Deibner, von Weizscäcker e outros foram presos pelos norte-americanos e deportados para Inglaterra.

Agentes da OSS desmantelam o pro-reator nuclear do clube do urânio em Haigerloch (provavelmente maio de 1945).

Agentes da OSS (futura CIA) desmantelam o pro-reator nuclear do clube do urânio em Haigerloch (provavelmente maio de 1945).

Vocês devem concordar comigo que o final de 1944 e o ano de 1945 foi uma grande aventura! 🙂 Não é qualquer um que pode dizer ao final da vida que quase foi morto por um agente da CIA!

Visita a Copenhague em 1941

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A semana nos arXivs…

terça-feira, 7 jul 2009; \28\America/New_York\America/New_York\k 28 Deixe um comentário

Física e biologia

quinta-feira, 2 jul 2009; \27\America/New_York\America/New_York\k 27 5 comentários

Um breve comentário: a edição deste mês da Physics World é dedicada a interface da Física e Biologia. No blog anteriormente eu falei sobre como os experimentos com pinça óptica permitiram enorme avanço na compreensão das máquinas biológicas moleculares. Na Physics World há matérias interessantes sobre neurociência e mecânica quântica da vida — essa útlima escrita por Paul Davies.

A semana nos arXivs…

quarta-feira, 1 jul 2009; \27\America/New_York\America/New_York\k 27 2 comentários


P.S.: No Brasil, eu sempre soube que “cappuccino” era café com leite e chocolate. Infelizmente, o resto do mundo todo chama esse danado de “caffé mocha” — enquanto que cappuccino é o nome dado pra café com leite e espuma [de leite]. Vai saber… mas, pelo menos, agora eu tenho uma tabelinha pra me lembrar, Coffee Drinks Recipes (Graphic). 😎

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