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Engenharia na USP abre o primeiro “Endowment” nacional

sexta-feira, 17 jun 2011; \24\UTC\UTC\k 24 3 comentários

Vista aerea da Politécnica da USP

Segundo reportagem da Folha de hoje, a Escola Politécnica da USP (a unidade de engenharia do campus da capital) abriu seu “endowment”, coisa inédita no cenário das universidades nacionais. Trata-se de uma coleção de fundos originários da soma de doações de indivíduos, empresas, organizações civis, etc. A iniciativa foi dos próprios alunos que abriram o fundo com R$ 100 mil. O objetivo é utilizar o retorno do fundo aplicado no mercado financeiro para fomentar pesquisas de professores e alunos da Politécnica.

O endowment, que aqui uso a palavra estrangeira por falta de vernáculo brasileiro para designar um fundo de investimento de uma universidade para suas operações*, é uma das fontes de renda que as universidades norte-americanas utilizam. Não é a maior fonte, mas figura entre as mais expressivas. Vejamos o exemplo de Dartmouth: a universidade opera com um gasto anual de aproximadamente US$ 730 milhões atualmente, com um endowment de US$ 2.8 bilhões. De 20-30% de todos os gastos são pagos com o retorno financeiro do endowment, enquanto que até 50% pode vir do pagamento da mensalidade dos alunos, mais precisamente a tuition. Os números naturalmente variam entre universidades e também entre anos, porém é seguro dizer que o endowment paga entre 14% a 30% de todos os gastos das universidades norte-americanas privadas. Paga salário de funcionários, professores, custos operacionais, materiais, aquisições de novos prédios e investimentos de expansão do campus, mas não equipamentos e construção de laboratórios de pesquisa ou salário de alunos de pós-graduação a partir do terceiro ano. Para isto, a universidade usa de recursos externos como bolsas do governo ou de instituições privadas, como Sloan Foundation, Google, Microsoft, etc. Mas no caso da Politécnica da USP, os salários dos professores e despesas operacionais já estão segurados pelo orçamento público, então o papel do endowment seria pagar investimentos em laboratórios de pesquisa, professores e bolsas para alunos, uma forma de dinheiro suplementar as fontes FAPESP, CNPq e CAPES. Um conselho de professores da Politécnica decidirá como os recursos do endowment serão distribuídos para pesquisas na escola, e a unidade vai pagar uma instituição privada para administrar o fundo, espero eu que com o ganho do próprio endowment.

Quem ficou curioso sobre o orçamento universitário nos EUA pode fazer uma pesquisa no Google por “[instituição] budget”, a maioria das instituições publica esses dados nas suas páginas da Internet.

* Atualização 23/06/2011: a palavra em português é dotação. Obrigado ao Robson pelo esclarecimento. Mais informação e como doar a dotação da Politécnica na página oficial.

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Buracos negros por todo o universo

quarta-feira, 15 jun 2011; \24\UTC\UTC\k 24 2 comentários

Imagem composta do Telescópio Hubble (luz visível) e Telescópio Chandra (raios X) de galáxias a cerca de 12 bilhões de anos-luz de distância (redsfhit 6 a 7), quando o universo tinha cerca de 800 milhões de anos. A cor azul representa a imagem em raios X, vermelho no infravermelho, e demais cores no visível. Clique para ampliar.

Notícia marcante no dia de hoje: a NASA anunciou que amanhã a Nature publicará a primeira imagem em raios X do universo quando ele tinha apenas cerca de 800 milhões de anos, e… a primeira visão de buracos negros em escalas cosmológicas! Segundo o anúncio da NASA, a imagem em raios X permite estimar que para mais de 30% de todas as galáxias tem um buraco negro supermassivo no centro — astros até um bilhão de vezes mais pesados que o Sol — senão todas elas.

A imagem é do Telescópio Espacial Chandra de raios X. Este é um feito técnico impressionante, pois esses objetos a essa distância 12 bilhões de anos-luz são quase invisíveis mesmo aos melhores telescópios de raios X. A câmera do telescópio ficou 46 dias ininterruptos capturando a imagem. Buracos negros supermassivos são em princípio visíveis ao telescópio porque muitas vezes eles são acompanhados de estrelas vizinhas que começam a ter seu material sugado em direção ao buraco negro, e os elétrons do gás que compõe a estrela são acelerados com energias tipicamente próximas da região dos raios X altamente energéticos a medida que o gás entra no buraco negro (vide figura abaixo).

Simulações numéricas mostram que as primeiras estrelas do universo eram muito pesadas, viveram poucos milhões de anos e colapsaram para formar buracos negros supermassivos. O resultado de Chandra era portanto esperado.

A imagem é suplementar ao Telescópio Espacial Hubble que já mapeou a mesma região do céu na mesma distância mas na freqüência da luz visível. Os astrônomos já haviam observado que há correlações entre a massa dos buracos negros e a taxa de formação de estrelas na galáxias onde eles habitam no caso de galáxias relativamente próximas (e portanto, de idade similar a da nossa) e também com o formato da distribuição de matéria escura nas galáxia, em muito devido ao trabalho do astrônomo de Dartmouth Ryan Hickox. Porque os buracos negros influenciam a formação de estrelas e aglutinação de massa nas galáxias ainda não se sabe. O estudo que sairá amanhã na Nature é o primeiro a analisar a formação de buracos negros em galáxias tão antigas, mas os detalhes só amanhã.

Para mais sobre a relação da formação de buracos negros e galáxias, considere esse colóquio de Ryan Hickox (60min, em inglês).


Ilustração do que acontece quando uma estrela passa perto de um buraco negro. A medida que o gás cai no buraco, os elétrons do gás da estrela são acelerados e emitem raios X, visíveis ao telescópio Chandra. Crédito da foto: NASA (domínio público).

Atualização 1 16/06: artigo publicado hoje na Nature.

Conan O’Brien e formandos de 2011

segunda-feira, 13 jun 2011; \24\UTC\UTC\k 24 2 comentários

Ontem foi dia de formatura em Dartmouth, e o discurso da turma foi dado por Conan O’Brien, um comediante norte-americano que escreveu para o Saturday Night Live (1987-1991) e Os Simpsons (1992-1993) e é apresentador na TV desde 1993 e ganhador de dois Emmys. A primeira metade do vídeo é o que se espera de um grande humorista, e a segunda é uma bela mensagem a turma dos formados, por isso eu compartilho com vocês abaixo o discurso. Sei que alguns de nós mais velhos vamos nos identificar com ele, e aos mais novos, ainda estudando na faculdade ou planejando a sua pós-graduação, guardem a mensagem para mais tarde.

Se eu tiver um tempo, e mais alguém quiser colaborar, eu atualizo o post com a segunda parte do discurso traduzida para o português.

Para um pouco de informação sobre o que ele se refere no discurso, Conan foi apresentador de um programa de entrevistas na TV de 1993 a 2009 no canal NBC, onde o horário nobre era reservado para o Tonight Show apresentado na época por por Jay Leno. De 1962 a 1991, Tonight Show foi apresentado por Johnny Carson (o mesmo que Conan cita). Trata-se de um dos programas mais famosos da TV nos Estados Unidos e o de maior tempo de exibição entre todos que são exibidos hoje. Conan foi promovido ao Tonight Show em junho de 2009 mas ficou no programa apenas sete meses após a audiência cair pela metade. Devido a pressão por números de audiência, Conan foi substituído de volta por Jay Leno em 2010.

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Real e ficção na economia brasileira

quinta-feira, 2 jun 2011; \22\UTC\UTC\k 22 9 comentários

Este post apresenta opiniões sobre política econômica do autor e não necessariamente refletem as opiniões de todos os editores do blog.

Não foi com muita surpresa que eu vi essa sequência de notícias que você pode receber o fato mais importante diretamente dos títulos:

  1. DVD [no Brasil] custa mais que o triplo dos EUA
  2. iPad brasileiro é o mais caro do mundo
  3. Artigo no Financial Times vê bolha em formação no Brasil

fatos que estão também relacionados ao que eu postei sobre o fictício PIB brasileiro (comentários os quais parece que os brasileiros discordam…).

Parece vitrola quebrada, mas o elo de ligação é a tributação e a estrutura do serviço público no Brasil. A situação é tão grave que é assim: se o produto é importado, no Brasil ele é um dos mais caros do mundo por causa do excesso de tributos a importados; se o produto é nacional, ele também fica entre os mais caros do mundo, por causa do excesso de tributos internos. Eu considero a política brasileira com respeito a importações um atraso, eu vou me explicar abaixo. A tributação exagerada faz tudo ser mais caro no Brasil, onde os salários também são baixos, e o resultado vai desde um PIB surrealista — porque os serviços públicos e privados somados estão acima do preço real comparado a outros países — a anulação do poder de compra do brasileiro. No meu ver, a razão disto é que o serviço público brasileiro é muito caro, requerendo impostos que somam mais da metade de um produto no mercado. E a minha birra com isto é que o Brasil cobra para mais de 35% de imposto do PIB, acima da maioria dos países ricos, todavia oferece um serviço público de péssima qualidade.

Por quê? E qual a solução? Eu acredito que é porque o investimento do governo brasileiro não é no serviço final, é no sistema político. Por exemplo, o orçamento do Congresso Nacional e do Senado é maior que o orçamento total do MCT. Dado o orçamento total do MCT, que parte deste realmente vai para as mãos dos pesquisadores, e quanto se perde nas mãos dos diversos acessores, auxiliares, suplentes dentro do MCT e dentro das diversas secretarias e subsecretariais do serviço público? Como é possível que o Brasil tenha um investimento em educação pública (digo o número oficial do orçamento do MEC) superior ao do Canadá, mas os professores das escolas brasileiras ganham miséria? Estes últimos ganham pouco, mas ninguém do gabinete de educação das prefeituras e dos governos estaduais recebe três salários mínimos. No Brasil, os grandes salários públicos estão concentrados em certos cargos políticos e burocráticos enquanto que os serviços propriamente ditos recebem pouco investimento. Segundo os dados do IBGE deste ano, o funcionário público brasileiro em média recebe mais que o da área privada (sem incluir benefícios do setor público). Ou seja, não é que o orçamento do MEC é baixo e sim que há uma espécie de atrito financeiro no Estado brasileiro que faz com que a parcela do orçamento que é realmente investido no serviço ser baixa. E a corrupção faz parte natural disto porque o excesso de atravessadores a favorece.

A solução que ninguém gostaria de ver acontecer é começar a enxugar o estado brasileiro, diminuindo duas coisas: primeiro, acabando com o excesso de burocratas, secretários, auxiliares e tudo mais (incluindo os serviços de corregedoria e procuradoria dos próprios regularadores), e segundo, deixando serviços importantes como hospitais, planos de saúde, escolas, universidades públicas, policia e bombeiros, forças armadas, etc., mas acabando com certos excessos da participação do estado na economia, como o controle estatal de bancos e empresas (como a Petrobras e a Embraer) e acabando com leis de monopólio (como de extração de base energética). Antes que você pule da cadeira e brande de raiva “Absurdo!”, pense por que o estado brasileiro tem participação no setor privado, em primeiro lugar? Que benefício para a sociedade isso tras? Agora eu vou dar a razão de porque eu acredito que a privatização do Banco do Brasil e termino do monopólio energético iria ajudar o país: o Estado ficaria mais barato, e poderia diminuir impostos e criaria maior competição no mercado. Maior competição não vai automaticamente gerar melhor serviço mas é melhor a chance disto do que nenhuma chance. E com menos impostos, a economia cresce, os preços dos produtos ficam mais realista e o poder de compra do brasileiro aumenta. Com maior produção econonomica privada, a arrecadação do Estado não fica comprometida: você pode derrubar de 35% para 25% do PIB em imposto, mas se o PIB privado cresce, esses 25% podem representar algo mais significativo que 35% de uma economia engessada. E principalmente, com a diminuição dos burocratas, pode-se injetar o dinheiro do imposto no serviço, ao invés de deixá-lo com os secretários. Legislação que incentiva o setor privado a agir no lugar do publico localmente é outro elemento importante: leis como a Lei de Incentivo a Cultura deveriam ser emuladas para áreas como saúde, educação e ciência. Críticas de que esse sistema é ruim porque incentiva a Maria Bethânia, uma grande artista, é tolice. É como argumentar que é ruim a iniciativa privada descontar 15% de imposto de renda financiando um grande centro privado para o Miguel Nicolelis baseado no fato de que este já é um cientista bem estabelecido e com pesquisas de impacto e que no lugar disso o investimento deveria ir exclusivamente para um Centro de Estudo de Besouros da Amazônia. O incentivo privado a pesquisa reflete a própria realidade do que é ciência de interesse da sociedade ao invés do interesse de um grupo pequeno de burocratas.

OKay, chega. Por último eu quero comentar sobre a política de importação do Brasil, que eu acho absurda. A lógica parece ter sido estabelecida em algum momento da antiguidade brasileira quando alguém conseguiu convencer as pessoas que a entrada de produtos importados indiscriminada no país prejudica o mercado interno. Por que isso seria verdade? Alguém pode dizer: “porque importar diminui postos de trabalho interno”. Se uma câmera digital importada de Taiwan no Brasil custasse o mesmo que ela custa nos EUA (onde a câmera também é importada), haveria mais movimentação para a economia interna: criação de postos de trabalhos em transportadoras para levar dos portos as cidades, de gerentes de vendas e de vendedores, de técnicos da assistência técnica, de vendedores de peças, da indústria nacional fabricando acessórios, e por ai vai. Onde se criaria o emprego de assistência técnica no Brasil de novos postos de câmeras e lentes Nikon? Quem vai transportar os automóveis japoneses do porto até as concessionárias? Se o MacBook era inacessível ao brasileiro porque custava R$ 8 mil e passou ao preço norte-americano de R$1,6 mil, que mercado vai se beneficiar com a criação de novas lojas de pontos de venda de produtos da Apple, agora mais popular? A patente prova de que importação não atrapalha o mercado interno é os EUA, onde muitos produtos comercializados internamente (com excessão de alimentos, mas incluso bebidas alcóolicas) são importados. Grandes empresas estrangeiras tem hoje nos EUA o seu maior mercado (a começar pela população grande), e criam muitos postos de trabalho no país. Os únicos reais beneficiados da política tributária brasileira são alguns funcionários públicos, e exclusivamente estes.

Criação de partículas pelo vácuo pode ter sido demonstrada em laboratório

quinta-feira, 26 maio 2011; \21\UTC\UTC\k 21 6 comentários

Um dos conceitos mais difíceis de digerir na mecânica quântica relativística é o fato de que afirmar que “ali há uma partícula” é algo relativo. É devido a este fenômeno que um universo em expansão cria partículas espontaneamente, processo que acredita-se hoje deve ter sido o responsável por popular o nosso universo com prótons, elétrons, fótons, e todo o resto da matéria. É também esse o mesmo fenômeno da radiação Hawking que todo buraco negro emite. Esse efeito pode ter sido observado pela primeira vez em laboratório por Chris Wilson da Universidade Chalmers de Tecnologia de Gothenburg, Suécia, e colaboradores no RIKEN, Japão, New South Wales em Sidney e Michigan em Ann Arbor, EUA[4].

Em poucas palavras, o que eles observaram foi que um espelho se movendo no vácuo com aceleração não uniforme e velocidade próxima da luz, emite luz a uma taxa proporcional ao quadrado da velocidade do espelho em relação ao vácuo.

Este efeito foi previsto em 1970 pelo físico-matemático Gerald More e é mais conhecido como efeito Casimir dinâmico. Na prática, é quase impossível mover um espelho rápido o suficiente para criar uma taxa de partículas apreciável. Por exemplo, um espelho oscilando na frequência de 1 GHz com uma amplitude de 1 nm teria uma velocidade 10 milhões de vezes menor que a velocidade da luz, produzindo apenas um único fóton por dia, mas exigiria 100 MW de potência e o sistema inteiro deve estar a menos de 10 mK de temperatura[1]. Para uma comparação, uma usina de carvão produz cerca de 400-700 MW de potência elétrica.

O esquema realizado por Chris Wilson consistiu em usar uma guia de onda[5] com um SQUID preso em uma das extremidades. O SQUID é um dispositivo eletrônico cuja indutância pode ser finamente calibrada. A presença do SQUID no final da guia resulta em uma probabilidade alta de uma onda eletromagnética ser refletida no ponto próximo ao SQUID. Alterando a indutância do dispotivo, esse ponto pode ser deslocado no espaço. Desse modo, eles obtiveram um espelho que se move a velocidades de até 5% da velocidade da luz. Eles observam então a potência irradiada dentro da guia de luz quando o espelho efetivo começa a se mover. Algumas correlações entre voltagens previstas teoricamente são também comparadas com as medidas experimentais para ter certeza que o efeito é mesmo a criação de partículas no vácuo. Esse esquema experimental foi pela primeira vez proposto por Astrid Lambrecht, Instituto Max Planck de Óptica Quântica, Marc-Thierry Jaekel e Serge Reynaud da Ecole Normal[3].


Esquema experimental para demonstração do efeito Casimir dinâmico. Crédito da Figura: Ref. [2].

Criação de partículas pelo vácuo

Nesse outro post eu tentei explicar em termos simples como o conceito de partícula depende do observador: um estado que é vácuo para um observador A, será repleto de partículas como visto por um outro observador B que se move com aceleração constante em relação a A. No caso do efeito Casimir dinâmico, a condição de contorno dos campos muda no tempo devido a uma força externa, similar ao caso do efeito Casimir. Em termos simples, os valores de comprimento de onda admissíveis ao campo eletromagnético vão mudando a medida que a guia de onda muda de tamanho. Como os fótons são aqueles estados de comprimento de onda fixo do sistema, a medida que a guia de onda muda de tamanho ocorre surgimento de novos comprimentos de onda e o observador detecta novos fótons dentro da cavidade, mesmo quando esta incialmente encontrava-se no vácuo.

Referências e notas

  1. C. Braggio et al. 2005 Europhys. Lett. 70 754 doi: 10.1209/epl/i2005-10048-8.
  2. J. R. Johansson, G. Johansson, C. M. Wilson, F. Nori, Phys. Rev. A 82, 052509 (2010), doi: 10.1103/PhysRevA.82.052509.
  3. Astrid Lambrecht, Marc-Thierry Jaekel, Serge Reynaud. Phys. Rev. Lett. 77, 615–618 (1996), doi: 10.1103/PhysRevLett.77.615
  4. C.M. Wilson et al., arXiv:1105.4714 [quant-ph].
  5. Uma guia de onda é um dispositivo para guiar a direção de propagação de uma onda, forçando uma onda a propagar-se no seu interior, como por exemplo a fibra óptica, ou uma cavidade de metal.

Fermi-LAT pode ter confirmado resultado do PAMELA

sexta-feira, 20 maio 2011; \20\UTC\UTC\k 20 1 comentário

Hoje a Physics World reportou que a colaboração Fermi-LAT fez uma divulgação preliminar durante um congresso de que eles podem ter confirmado o excesso de pósitrons nos raios cósmicos que atingem a Terra na região de 10 a 100 GeV observados pelo PAMELA. Esse resultado é do mais confuso, porque o Fermi-LAT não observa tal excesso para os elétrons.

 Espectro de pósitrons cósmicos do satélite PAMELA.

Espectro de pósitrons cósmicos obtido pelo satélite PAMELA. A linha sólida é o cálculo Moska & Strong. Não incluido o fluxo previsto por fontes pontuais temporárias.

Muitas pessoas irão falar que esse excesso pode ser explicado com processos astrofísicos comuns, mas isso tem que ser visto com muito ceticismo porque genericamente qualquer processo de aceleração clássico deveria gerar um espectro de potência que diminui com o aumento da energia dos pósitrons, como 1/En para n > 0. Porém, o PAMELA, e agora o Fermi-LAT, observam um crescimento do número de pósitrons de 10 a 100 GeV, o que contradiz intuitivamente a possibilidade do excesso vir de aceleramento astrofísico. Além disso, por que o processo astrofísico iria acelerar pósitrons nesta energia mas não os elétrons?

A física da busca de novos materiais

quarta-feira, 11 maio 2011; \19\UTC\UTC\k 19 3 comentários

Nós falamos bastante das nossas áreas de pesquisa e áreas próximas relacionadas nesse blog, que acaba sendo, por alguma razão, também as mesmas coisas que se encontra nos textos de divulgação científica mais conhecidos como os livros do Stephen Hawking, Marcelo Gleiser e Brian Greene. Mas curiosamente, a maioria dos físicos (em número) não trabalha nem com buracos negros nem com as interações das partículas elementares, e sim com a grande área da física que estuda os materiais, como as propriedades dos sólidos.

E desde o ano passado ocorreram grandes descobertas nessa área, que eu pensei em relatar aqui para que talvez desse um gostinho dela para quem estiver interessado. Foi a confirmação experimental de um material que havia sido idealizado em teoria capaz de conduzir eletricidade de forma perfeita, em uma única direção, e apenas na sua borda. Esses são os chamados isolantes topológicos. Por “forma perfeita”, o que se quer dizer é que os elétrons não podem dar revés quando estão se movendo no material. Em um metal, como os fios de ouro usados em todos os aparelhos eletrônicos modernos, os elétrons andam bem devagar porque batem constantemente nos núcleos atômicos. Em um condutor perfeito, os elétrons tem uma direção única de propagação e por isso não podem ricochetear, movendo-se bem mais rápido.

Na mecânica quântica, os elétrons ligados aos átomos não podem possuir qualquer valor abritrário de energia, que é o que cria o espectro discreto de emissão da luz. Em um material, os elétrons que não estão presos bem perto do núcleo mas podem se mover entre diferentes átomos também tem apenas algumas energias disponíveis para se propagar. É possível existir uma banda contínua de energia disponível, digamos de 15 eV até 30 eV, depois um “buraco” de energias proibidas, digamos de 30 eV a 35 eV, e novamente outra banda de energia, p.ex. de 35 a 40 eV. Os materiais isolantes são aqueles que o número de elétrons de valência preenchem completamente uma banda, e a próxima banda está suficientemente separada em energia de modo que só quando você aplica uma tremenda diferença de potencial elétrico os elétrons conseguem saltar da sua banda preenchida para a banda livre (esta última é a chamada “banda de condução”).


Isolante comum.
Isolante topológico. Elétrons ricocheteiam na borda e se movem em uma única direção.
Crédito da Figura: Ref. [1].

Cada elétron de um isolante fica orbitando apenas um único núcleo do material (ou fica preso entre mais de um em uma ligação covalente, mas deixemos esse caso de lado para simplificar). Em uma analogia da física clássica, nós podemos imaginar que a órbita é circular. Mas como ficam os elétrons que estão presos aos átomos logo na borda do material? Se você fizer uma engenharia bem pensada, pode colocar os elétrons da borda em órbitas que não cabem no material e os elétrons serão forçados a ricochetear da borda, como na figura. Ao ricochetear na borda, o elétron pula de um átomo para o próximo. O resultado é que o material é isolante no seu miolo, mas conduz eletricidade em uma fina camada na sua borda. Se você se permitir nessa analogia um pouco mais e imaginar que os elétrons estão todos ordenados para girar sempre em uma única direção dentro do material, então os elétrons da borda não vão conduzir eletricidade em qualquer sentido: eles só se movem em uma única direção.

A física mais detalhada desses materiais é mais complicada que esse modelo clássico. A real origem da condução na borda tem a ver com o fato de que existe um estado de energia estável na borda que liga a banda de condução até a banda do isolante, tornando a diferença de energia entre as bandas degenerada na interface. Essa solução é o que se chama um instanton, e o elétron fica “saltando” entre um mínimo para o próximo das bandas de energia, criando a condução elétrica de uma forma que ainda não se tinha visto até esse sistema aparecer. Uma explicação mais realista você encontrará na Ref. [1].

O que motiva muitos físicos a trabalhar com esses problemas é que são esses novos materiais, como o grafeno e os isolantes topológicos, que podem ser usados em grandes revoluções tecnológicas, como o efeito de tunelamento entre interfaces de semicondutores levou a invenção dos diodos e transitores semicondutores, que são os componentes dos chips de silício usados em computadores, nos sensores das câmeras digitais e celulares, e quase tudo que você possa imaginar de eletrônico.

Referência
1. Hasan, M.Z. and C.L. Kane (2010). “Colloquium: Topological insulators,” Rev. Mod. Phys. vol. 82, pp. 3045-3067. Download: [UPENN] [APS]

Há também o vídeo deste colóquio (1h de duração).

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