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Grafeno além da nanoeletrônica

quinta-feira, 17 mar 2011; \11\UTC\UTC\k 11 4 comentários

Acho que todos os leitores deste blog sabem que o isolamento de monocamadas de grafeno foi o motivo do André Geim e Kostya Novoselov terem recebido o prêmio Nobel de Física do ano passado (2010). Os comentários em jornais e alguns outros meios de divulgação tratavam o grafeno apenas como um “novo material para nanoeletrônica”. Na verdade ele é muito mais que isso, este material trouxe várias novidades que nem todos os físicos sabem. Algumas (poucas) dessas novidades estão listadas abaixo:

Isolamento de um cristal 2D estável. Há um teorema de autoria do Peierls e do Landau que cristais 2D são instáveis termodinamicamente, isto é, qualquer oscilação de energia colapsaria o cristal em uma outra estrutura. No caso do grafeno essas estruturas poderiam ser nanotubos, nanorolos ou alguma outra coisa semelhante. Entretanto, em 2004 Geim e Novoselov isolaram pela primeira vez uma única camada de grafeno. Baseando-se no grafeno, pouco tempo depois vários outros cristais 2D também foram criados como monocamadas de BN (nitreto de boro) ou monocamadas de molibdenita. Neste caso o grafeno abriu as portas para os materiais 2D.

Propriedades mecânicas do grafeno. O grafeno é um dos materiais mais “fortes” e rígidos que conhecemos. O nanotubo de carbono também é um desses materiais mais fortes conhecidos, e isso é devido a ele ser uma camada “enrolada” de grafeno, pictoricamente falando. Além da eletrônica, o grafeno também pode ser útil na Engenharia Civil. Aqui no Brasil mesmo (na UFMG) há pesquisas de cimento “fortalecido” com nanotubos de carbono. Este tipo de material deve chegar ao mercado em alguns anos.

Estrutura eletrônica do grafeno. A banda do grafeno apresenta uma relação de dispersão linear em torno do nível de Fermi, isso faz com que as quasipartículas (elétrons e buracos) se comportem como férmions de Dirac sem massa (férmions de Weyl). Isto trás algumas conseqüências como paradoxo de Klein e ausência de espalhamento reverso. Por paradoxo de Klein chamamos o tunelamento de barreiras com probabilidade 1 (100%), este fenômeno já era conhecido em mecânica quântica relativística, mas não em sistema de estado sólido. A ausência de espalhamento reverso é responsável pelo aumento de mobilidade eletrônica em algumas ordens de grandeza, que é um dos grandes interesse da nanoeletrônica.

Pseudospin e índice de vale. Além da carga elétrica e do spin, os elétrons e buracos no grafeno são caracterizados por mais dois números quânticos: o pseudospin e o índice de vale. Ambas propriedades apresentam estrutura SU(2) como o spin e podem ser manipulados como o spin é manipulado na spintrônica. Isto levou a criação da Pseudospintrônica e da Valetrônica. O pseudospin é um grau de liberdade relacionado as subredes do grafeno no espaço real,  enquanto que o índice de vale está relacionado com os pontos K e K’ no espaço recíproco. Algumas propostas de dispositivos pseudospintrônicos e valetrônicos podem ser encontrados na literatura.

Efeito Hall quântico. Quando um campo magnético intenso é aplicado perpendicular à camada de grafeno é possível de observar o efeito Hall quântico (EFQ) do material. O EFQ já é conhecido em alguns outros sistemas, mas no grafeno ele aparece de forma especial. Enquanto que nas hetero-estruturas semicondutoras este efeito só aparece em baixíssimas temperaturas (ordem de milikelvins), no grafeno este efeito surge em temperatura ambiente. Além disso, em bicamadas de grafeno também é previsto efeito Hall quântico fracionário e superfluidez de elétrons em temperatura ambiente. Há quem diga que até supercondutividade em temperatura ambiente pode surgir em sistemas baseados em grafeno.

Gap ajustável em bicamadas de grafeno. A aplicação de um campo elétrico perpendicular à bicamada de grafeno faz com que surja um gap de energia na estrutura de banda que é ajustável com a intensidade do campo. Em geral, gaps de energias em materiais semicondutores dependem exclusivamente do material e não de potenciais externo ao sistema. As bicamadas de grafeno apareceram para mudar isso.

Teorias de calibre para corrugações. O grafeno observado em laboratório não é totalmente plano, existem algumas “corrugações” nestes materiais que são responsáveis pela estabilidade desse cristal 2D, como pode ser visto na (Fig. 1). O efeito destas corrugações (curvaturas) no grafeno é explicado por modelos efetivos baseados em teorias de calibre, as corrugações criam um campo efetivo que mantém o material estável.

Fig. 1. Corrugações no grafeno.

Grafeno na medicina. Atualmente o grafeno está sendo estudado até em medicina para o tratamento de câncer, como pode ser visto em “Graphene in Mice: Ultrahigh In Vivo Tumor Uptake and Effecient Photothemal therapy“.

Além disso tudo, o grafeno apresenta também longo comprimento de relaxação de spin, o que o tornaria um bom material para spintrônica; e nanofitas de grafeno apresentam estados de borda com propriedades de isolantes topológicos, que também poderiam ser úteis para a spintrônica.

É claro que esta lista não está completa, vários outros fenômenos também podem ser observado no grafeno, vários outros ainda devem ser descobertos, mas nem tudo cabe num único post de um blog, talvez eles sejam mencionados numa outra oportunidade.

Realejo do dia…

terça-feira, 20 out 2009; \43\UTC\UTC\k 43 2 comentários

Pra quem não sabe, a Fundação Nobel acaba de lançar uma proposta excelente no YouTube: Pergunte a um Nobelista.

O primeiro vídeo já está disponível,

😈

Sensacional, não?

O que vcs acham de um “Pergunte ao AP?” 😉

Votem e deixem comentários e sugestões abaixo. 😎

Quebra Espontânea de Simetria em Mecânica Clássica

terça-feira, 21 out 2008; \43\UTC\UTC\k 43 18 comentários

Como o tema do prêmio Nobel desse ano foi “Quebra de Simetria”, e um dos laureados foi o Yoichiro Nambu, por: “for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics” nós vamos falar um pouco sobre isso usando um exemplo de Mecânica Clássica. O Leonardo já falou um pouco sobre isso no post Prêmio Nobel de Física de 2008, e o caso de Quebra Espontânea de Simetria (QES) em Mecânica Clássica acabou sendo um pouco comentado na parte de comentários desse post.

Antes de começar é bom lembrar que quebra espontânea de simetria e todos os outros vácuos da teoria de Yang-Mills-Higgs são propriedades quânticas. O que queremos aqui é fazer uma analogia para explicar alguns conceitos que aparecem na literatura de física moderna. Como toda analogia, ela terá seus limites de aplicabilidade e isso deve estar sempre na mente do leitor, mas esperamos conseguir expor os conceitos num nível básico. Quase tudo será acessível a um (bom) aluno de ensino médio. No final, faremos alguns comentários mais avançados.

Modelos Mecânicos com Quebra Espontânea de Simetria

Vamos analisar dois modelos mecânicos em que há quebra espontânea de simetria: O primeiro é o de uma conta num aro que está girando com velocidade angular \omega; o segundo é de uma conta numa haste rígida que está ligada a uma mola.

Conta num aro circular

Modelo prototipico da analogia do vácuo das teorias quânticas.

Modelo prototípico da analogia do vácuo das teorias quânticas.

No referencial em que o aro está em repouso, haverá duas forças agindo sobre a partícula: a força da gravidade (não representada acima, mas tomada como uniforme) e a força centrífuga característica de referenciais não inerciais. Podemos estão escrever a energia potencial efetiva sob a qual a partícula estará sujeita como:

V_{\mathrm{efetivo}}=\frac{1}{2}mR^2\sin^2\theta\omega^2+mgR(1-\cos\theta)

onde m é a massa da conta e g é a aceleração da gravidade. O primeiro termo é o potencial da força centrífuga e o segundo o potencial da força da gravidade. A forma desse potencial efetivo varia dependendo da velocidade angular \omega. O nosso leitor, bom aluno de ensino médio, pode facilmente verificar que para \omega^2 < \frac{g}{R} o potencial tem a seguinte forma:

A escala vertical é arbitrária, mas a horizontal mede \theta. Chamamos de vácuo, em teoria quântica de campos, um ponto de mínimo do potencial. Veja no gráfico acima que temos um vácuo em \theta=0. Perceba ainda que se a conta estiver parada sobre ele há uma simetria no problema: ir para a esquerda ou para a direita é equivalente.

Agora vamos considerar a forma do potencial se \omega^2 > \frac{g}{R}:

Veja que surgiram dois pontos novos de vácuo! E mais do que isso, o vácuo que antes era estável se tornou instável, ie, ele deixou de ser um vácuo verdadeiro. Note que agora, quando a partícula está num desses vácuos estáveis, não há mais a simetria esquerda-direita: se ela for para um lado ela vai descer, se ela for para o outro ela vai subir. Dizemos então que houve uma quebra de simetria.

Conta oscilante numa haste

Considere um conta numa haste rígida e ligada a uma mola de constante elástica k como na figura abaixo:

Sistema mecânico de uma conta numa haste fixa.

Sistema mecânico de uma conta numa haste fixa.

A mola tem um comprimento natural l, então a energia potencial da mola é:

V(x) = \frac{1}{2}k \left( \sqrt{a^2 + x^2} -l\right)^2.

Para minimizarmos a energia potencial, encontrando os pontos de equilíbrio (estáveis e instáveis), precisamos considerar dois casos: a<l e a>l.

Caso a>l

Para o caso a>l temos um único ponto que minimiza a energia potencial, o ponto x_0 = 0, e analisando a derivada segunda da energia potencial em relação a x no ponto x_o vemos que:
\frac{d^2 V(x)}{dx^2}\Big|_{x=x_0} > 0, i.e., x=x_o é um ponto de equilíbrio estável para a>l. O gráfico de V(x) para este caso é:

Gráfico de V(x) para a>l.

Gráfico de V(x) para a>l.

É interessante notar que a energia potencial mínima neste caso é: E_0 = \min \left( V(x) \right) = \frac{1}{2}k(a-l)^2.

Caso a<l

Para o caso a<l temos três pontos que extremizam a energia potencial V(x): x_0 = 0 e x_{\pm} = \pm \sqrt{l^2 - a^2}. Da mesma forma que fizemos no caso a>l, vamos analisar a estabilidade destes pontos de equilíbrios. Calculando a derivada segunda de V(x) obtemos:
\frac{d^2 V(x)}{dx^2}\Big|_{x=x_o} < 0 e \frac{d^2V(x)}{dx^2}\Big|_{x = x_{\pm}} > 0, i.e., o ponto de equilíbrio x_0 é instável e os pontos x_{\pm} são de equilíbrio estável. O gráfico de V(x) para este caso é:

Gráfico de V(x) para a<l.

Gráfico de V(x) para a<l.

A energia potencial mínima para este caso é: E_0 = \min \left( V(x) \right) = 0.

O estado de menor energia no caso a>l possui a simetria por reflexão x \to -x, enquanto que para o caso a<l essa transformação não deixa o sistema invariante, não é uma transformação de simetria. Há uma quebra de simetria da mesma forma que no modelo mecânica anterior da conta num aro circular.

Analisando a energia potencial mínima em função do parâmetro a, E_0 (a), vemos que há uma descontinuidade na segunda derivada \frac{d^2 E_{0}(a)}{da^2} em a=l. Isso é facilmente visto no gráfico abaixo:

Gráfico da energia potencial minima em função de a.

Gráfico da energia potencial mínima em função de a.

Esta descontinuidade na segunda derivada é análoga as encontradas nas transições de fase em segunda ordem da termodinâmica.

Analogia com a Quebra de Simetria da Teoria Quântica de Campos

Essa é a analogia do que acontece no tão falado modelo de Higgs. A presença desse campo introduz uma interação que pode ser entendida como um potencial clássico da seguinte forma:

Perceba a semelhança. Esse potencial, carinhosamente chamado de chapéu mexicano, tem mais graus de liberdade: enquanto movimentos radiais aumentam a energia, movimentos ao redor do chapéu tem mesma energia do vácuo. Isso, na linguagem de teoria quântica de campos, quer dizer que a quebra da simetria é parcial, ainda há uma direção onde há excitações do campo sem massa. Essa excitação sem massa é o fóton e ele é o responsável pela interação eletromagnética. As partículas massivas, que são as excitações correspondentes ao movimento radial no chapéu, são os bósons vetoriais da força nuclear fraca, responsáveis pelos decaimentos radioativos.

Mas voltemos ao nosso primeiro modelo mecânica da conta no aro. Na verdade, o vácuo não é o mínimo do potencial clássico, mas sim do potencial quântico. Vamos introduzir alguns fenômenos quânticos e ver o que acontece. Imagine que a conta está sentada num vácuo, seja ele de simetria quebrada ou não. Ela certamente não tem energia para dar uma volta inteira do aro. No entanto, quanticamente, há um efeito chamado tunelamento em que partículas tem uma certa probablidade de atravessar uma barreira de potencial mesmo que classicamente ela não tenha energia para isso. Então, nesse caso, a partícula sentada no vácuo pode, de repente, dar uma volta inteira no aro! Estranhezas do mundo quântico.

Temos então que imaginar que há uma infinitude de vácuos, um para cada número de voltas que a partícula dá no aro. Algo do tipo:

Em teoria quânticas de campos, o responsável por esse tunelamento são os ínstantons e o vácuo real da teoria é uma superposição de todos esses vácuos. Isso é conhecido em mecânica quântica básica como teorema de Bloch e, no estudo em teoria quântica de campos, como vácuo-\theta.

Esses dois fenômenos: quebra espontânea de simetria e ínstantons, são amplamente estudados em TQC, seja teoricamente, seja fenomenologicamente. E muitas dessa fenomenologia poderá ser explorada no LHC. A idéia de vácuos falsos e a energia que se ganha ao decair para os vácuos verdadeiros também tem aplicações interessantes em cosmologia. 😎


Escrito em colaboração com Rafael Lopes de Sá

Referência:
LEMOS, N. A. Mecânica Analítica. Editora Livraria da Física. 2004. São Paulo.

Prêmio Nobel de Física de 2008

terça-feira, 7 out 2008; \41\UTC\UTC\k 41 16 comentários

Os laureados Nobel de Física de 2008 são: Yochiro Nambu, pela introdução da quebra espontânea de simetria na Física de partículas, e Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa pelo mecanismo da quebra de simetrias discretas de sabor e CP no Modelo Padrão. Eu pensei em escrever brevemente para leigos uma explanação do que significa os trabalhos deles e a relevância para a nossa compreensão do universo.

Quebra espontânea de simetria

Apesar do nome sofisticado, esse conceito é simples. As equações que descrevem um fenômeno podem ter uma certa simetria, mas essa simetria pode ou não ser manifesta nas soluções da equação. Por exemplo, a lei de Newton da gravitação universal diz que a força da gravidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância. A equação F = ma com essa força possui uma simetria de rotação do sistema de coordenadas, porque a distância entre dois pontos não é alterada se você girar os eixos xyz por ângulos quaisquer. Mas não apenas a equação possui a simetria: uma solução da equação, que são os movimentos em cônicas (elipses, parábolas e hipérbolas), é levada em outra solução da equação por uma rotação. Uma elipse com eixo principal ao longo dos x, pode ser girada para ter o seu eixo principal ao longo de uma outra direção.
Porém, nem sempre simetrias das equações que descrevem o fenômeno são respeitadas pelas soluções da equação. Quando consideramos vários dipolos magnéticos interagindo pelas leis de Newton, a força em cada dipolo depende de (o gradiente de) \mathbf{m}\cdot\mathbf{B} onde \mathbf{m} é o momento magnético do dipolo e \mathbf{B} é o campo magnético dos dipolos vizinhos. Essa força é invariante por rotações (o produto interno garante isso), mas as soluções não precisam ser: é possível existir um campo mangético total \mathbf{H}, produzido por todos os dipolos combinados, gerando assim um eixo de coordenadas preferencial na solução, que é a direção do vetor \mathbf{H}. Isso é o que acontece nos imãs para gerar o campo magnético do material. Quando a simetria aparece nas leis da Física que descrevem o fenômeno, mas não nas soluções das equações, a simetria é chamada de espontaneamente quebrada.

Momentos magnéticos dos átomos podem ser organizadas para formar imãs. O sistema então possui uma direção privilegiada (a direção em que a maioria das setas, simbolizando o momento magnético, apontam). No entanto, as leis da Fisica que descrevem o fenômeno são simétricas por rotação.

Momentos magnéticos dos átomos podem ser organizadas para formar imãs. O sistema então possui uma direção privilegiada (a direção em que a maioria das setas, simbolizando o momento magnético, apontam). No entanto, as leis da Física que descrevem o fenômeno são simétricas por rotação.

Nambu e Giovanni Jona-Lasinio introduziram esse conceito na física de partículas para descrever a interação nuclear entre nucleons e mésons em 1960, depois que este foi aplicado com sucesso para modelar a supercondutividade. Este modelo hoje leva o nome de Nambu-Jona-Lasinio. A grande idéia deles foi sugerir que a massa do próton e do nêutron era devida, primordialmente, a quebra espontânea de uma simetria quiral: quarks são (aproximadamente) descritos por componentes de projeção de spin esquerda e direita independentes, mas essas duas componentes se combinam para dar massa aos prótons e nêutrons. Essa combinação é devida ao confinamento dos quarks. Eles mostraram que uma conseqüência dessa simetria é a existência dos mésons.

Hoje, o conceito de quebra espontanea de simetria é fundamental na física de partículas. Partindo da exigência de respeitar essa simetria, podemos construir as interações entre mésons e baryons, e calcular não apenas relações entre diferentes seções de choque dessas partículas mas também relações de massas e todas as propriedades de spin e paridade. Depois dos trabalhos de Nambu e Jona-Lasinio, vários físicos teóricos exploraram a idéia, culminando com a descoberta do mecanismo de Higgs — simultaneamente por vários físicos em trabalhos independentes — e da teoria da unificação eletrofraca de Weinberg e Salam. No modelo de Weinberg e Salam, a força fraca e a eletromagnética advém de um único princípio de simetria. Se essa simetria não fosse espontaneamente quebrada, todas as partículas teriam massa zero. A formulação de quebra espontânea de simetria permite adicionar termos de massa para as partículas, mas não de forma completamente arbitrária: as massas dos bósons W e Z acabam relacionadas, e a relação obtida do modelo é observada experimentalmente.

Resumindo, o trabalho de Nambu e Jona-Lasinio abriu a porta dessa nova forma de realizar simetrias na Natureza que acabou por ser a forma correta com que várias simetrias das partículas elementares aparecem.

A matriz de Kobayashi-Maskawa

Quando Weinberg escreveu seu modelo de unificação em 1967, ele deixou de fora os quarks, que ele não acreditava que fossem reais naquela época [arxiv:0401010]. A extensão do modelo para os quarks acabou se provando não-trivial. A razão era a violação da simetria de carga paridade (CP) observada nas reações nucleares: uma reação envolvendo partículas com dadas projeções de spin não tinha a mesma taxa que a reação envolvendo as anti-partículas com projeções de spin opostas. Em 1972, Kobayashi e Maskawa mostraram que o Modelo Padrão de Weinberg e Salam só podia conter violação CP se existissem pelo menos três famílias de quarks. Duas já eram conhecidas naquela época: os quarks up e down, charmed e strange. A nova família de quarks ficou conhecida como top e bottom (ou beauty). Esses quarks foram observados no Fermilab, o bottom em 1977, e o top apenas em 1995, depois de muito esforço.

Kobayashi e Maskawa mostraram que a única forma de violar CP entre os quarks no Modelo Padrão era através de um modelo para as correntes eletrofracas bem específico, hoje conhecido como modelo de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. A previsão de Kobayashi e Maskawa foi extensivamente testada empricamente nos últimos anos, em experimentos como o Belle no Japão e BaBar no SLAC em Stanford. A conclusão foi uma série de medidas precisas que mostraram a validade do modelo de Kobayashi-Maskawa. No LHC, o experimento LHCb vai continuar o escrutínio desse modelo.

O fenômeno da violação CP através do mecanismo de Kobayashi-Maskawa é muito importante na Natureza. É observado que o universo é dominando por elétrons e prótons, mas sabe-se que existem também os antiprótons e antielétrons (pósitron), que foram produzidos em igual quantidade no Big Bang. Como então o universo que começou com iguais quantidades de matéria e anti-matéria eventualmente foi dominado por matéria? A violação CP de Kobayashi-Maskawa, combinada com dois outros fenômenos das forças nucleares [1], garante que existe uma assimetria nas taxas de reações nucleares de modo que matéria é eventualmente produzida em maior quantidade que antimatéria. No entanto, os resultados dos experimentos do Belle e do BaBar mostraram que a quantidade de assimetria do mecanismo de Kobayashi-Maskawa não é suficiente para explicar a dominância da matéria observada astronomicamente no nosso universo. Isso sugere que deve haver outras fontes de violação CP na Natureza, além do mecanismo de Kobayashi-Maskawa. O propósito do experimento LHCb do LHC é investigar se há tal fenômeno e identificá-lo.

Na literatura da Física, a questão da assimetria primordial de matéria-antimatéria ficou conhecida como o problema de “por que nós existimos?”. Se as taxas de reações fossem CP simétricas, toda matéria seria aniquilada por antimatéria e o universo seria formado quase exclusivamente de fótons. Seria um universo muito chato, sem estruturas.
Em resumo, Kobayashi e Maskawa predisseram a existência da terceira família de quarks analisando a violação CP e propuseram um modelo para explicar esta violação cujas previsões foram observadas experimentalmente. A violação CP de Kobayashi-Maskawa faz parte da razão pela qual o universo possui estruturas como galáxias, estrelas e planetas.

Notas

  1. Os dois outros fenômenos são anomalias e instantons. A importância da combinação de ambos para o que se discute aqui foi descoberta por Gerard ‘t Hooft.

Brasileiro pode levar Prêmio Nobel

sábado, 4 out 2008; \40\UTC\UTC\k 40 4 comentários

De acordo com o jornal O Globo, o brasileiro Miguel Nicolelis é um forte cadidato a levar o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia desse ano. O Prof. Miguel Nicolelis foi possivelmente indicado ao prêmio pelas suas pesquisas em neuropréteses, que são implantes de eletrodos em neurônios de cérebro de animais. A sua pesquisa vem atraindo os olhares de muitos cientistas, tanto que ele foi convidado a proferir uma palestra na Fundação Nobel em 15 de novembro de 2007, algo que é reservado a somente quatro pessoas ao ano; e também foi listado no 10 EMERGING TECHNOLOGIES THAT WILL CHANGE THE WORLD, que é uma lista de tecnologias emergentes que irão mudar o mundo.

O Miguel Nicolelis é formado em Medicina pela USP, e fez o doutorado no Instituto de Ciências Biomédicas também da USP. Logo em seguida ao doutorado fez um pós-doc na Universidade Hahnemann, e atualmente está trabalhando na Universidade de Duke e no Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmund e Lily Safra (IINN-ELS), instituto de pesquisa fundado por ele através de uma doação de $25 milhões da Lily Safra.

O IINN-ELS foi criado por uma iniciativa do Miguel Nicolelis, do Sidarta Ribeiro e do Claudio Mello, neurocientistas brasileiros que queriam criar um centro de pesquisa em neurociência que seria referência internacional. O instituto tem poucos anos de vida ainda, mas já pode dar o primeiro prêmio Nobel pro Brasil, algo que seria muito bom não somente pra o desenvolvimento da pesquisa dessa área no Brasil, mas também pra valorização da criação de institutos de pesquisa privados no Brasil, algo que está se tornando necessário pra o desenvolvimento da ciência e da tecnologia no país.

O IINN-ELS vem chamando a atenção esse ano, na edição de janeiro de 2008 da Scientific American, foram divulgados três artigos sobre a potílica de investimento em pesquisa no Brasil e sobre o IINN-ELS: Brazil’s Options for Science Education; Building a Future On Science e Building the Knowledge Archipelago. Será que não seria cabível um instituto de Física parecido com esse?

O anúncio do ganhador do Prêmio Nobel de Mecidina e Fisiologia de 2008 será feito no dia 6 de outubro de 2008, na segunda-feira.

Prevendo o prêmio Nobel de 2008

quinta-feira, 2 out 2008; \40\UTC\UTC\k 40 6 comentários

Semana que vem o Comitê Nobel iniciará os anúncios dos laureados de 2008. Em um artigo recente (disponível publicamente através do arxiv), Yves Gingras e Matthew L. Wallace da Universidade de Montreal mostraram que havia uma forte correlação entre pessoas com o mais alto índice de citação na comunidade científica — i.e., cujos trabalhos publicados aparecem citados mais vezes em outros trabalhos publicados — e os ganhadores do Prêmio Nobel de Física e Química até mais ou menos a década de 50. Ao longo do século contudo essa correlação foi se deteriorando.

Porém, isso não nos impede de continuar tentando avaliar que trabalhos de maior importância na Física da história ainda não receberam o Prêmio Nobel e deveriam! 🙂

A Reuters Thomson, uma empresa que mede números de citações e outros parâmetros de impacto científico, lançou na web uma lista prevendo os potenciais ganhadores do Nobel deste ano. As sugestões foram: Andre Geim e Kostya Novoselov, pela descoberta do grafeno; Vera Rubin, por estudos em matéria escura; e Roger Penrose e Dan Shechtman, respectivamente pela descoberta dos cristais de Penrose e quasicristais. No final da página, eles também mencionam outros possíveis ganhadores.

Além destes nomes, eu também apostaria ficha alta no Supernova Cosmology Project, uma colaboração experimental que utilizou o Telescópio Espacial Hubble e outros telescópios para medir o desvio para o vermelho das galáxias mais distantes já vistas, o que resultou em 1998 na descoberta de que a expansão do universo é acelerada. Esse projeto é quase certo que ganhará o Nobel, mais cedo ou mais tarde. Pessoalmente, também gostaria de ver o trabalho do Arthur Ashkin reconhecido. Ashkin inventou a pinça ótica nos anos 80, uma técnica experimental que revolucionou os estudos da biologia molecular e a manipulação ótica de micropartículas, átomos e moléculas. Há um bom artigo de revisão (um pouco técnico) sobre pinças óticas publicado na Nature que dá uma noção da importância da técnica. Infelizmente, o Comitê Nobel de Física possui critérios obsoletos, agraciando apenas estudos diretamente ligados a física de partículas e nuclear, propriedades físicas da matéria condensada e astronomia. Logo, trabalhos de enorme importância científica para áreas que emergiram apenas nos últimos 40 anos, como biofísica e caos, nunca foram laureados, o que torna o trabalho do Ashkin um candidato pouco provável na prática.

Da lista de 2008 da Thomson, a descoberta do grafeno é, na minha opinião, a menos provável de receber o Nobel ainda este ano, porque ocorreu em 2004. Se isso acontecer seria provavelmente um dos prêmios Nobel mais rápidos da história, perdendo para a descoberta do bóson Z (menos de 1 ano) e empatando com o efeito Mössbauer (4 anos). Uma curiosidade sobre o Geim, co-descobridor do grafeno em 2004: em 2000, ele recebeu o Prêmio IgNobel por ter feito um experimento sobre levitação de sapos com imãs! Nada mal, de IgNobel para potencial futuro Prêmio Nobel!

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