Arquivo mensais:setembro 2008

LHC: Acelerador de Prótons e Núcleos

O que é o LHC?

Diagrama do LHC

Diagrama do LHC

O LHC (Large Hadron Collider) o grande acelerador de hadrons,  está sendo conhecido como a máquina do Big Bang porque os cientistas querem recriar as condições de temperatura e densidade extremas similares àquelas que existiram logo após o Big Bang. Consiste de um enorme túnel circular  (27 km de circurnferência) subterrâneo (média de 100 metros abaixo solo). O LHC é um dos experimentos do CERN, onde a internet foi inventada! Watch the 3minutes video.

O que o LHC faz?

Acelera prótons ou núcleos atômicos (íons de chumbo), que são partículas com carga elétrica, usando campos elétricos para acelerar e magnéticos para colimar, até a velocidades muito próximas do limite, que é a velocidade da luz. Um feixe vai acelerar e rodar em uma direção no anel e outro vai rodar em direção oposta. Quando os dois feixes de hadrons estiverm “no ponto”, elas entrarão em rota de colisão e BANG.

Um magneto do LHC

Um magneto do LHC

Pra que serve o LHC?

Nos momentos de colisão, as forças elétricas e nucleares devem ser tão intensas que partículas podem ser criadas. Um dos objetivos do LHC é encontrar partículas que ainda não tinham sido observadas. Inclusive uma partícula que os teóricos prevêem que deve existir nestas condições, o bóson de Higgs.

É seguro?

Sim! Só não pode ficar dentro do anel, obviamente.

A imprensa veiculou notícias de que o experimento poderia criar mini buracos negros que poderiam engolir todos nós, ou que haveria uma explosão nuclear sem controle, ou seríamos fritos por raios cósmicos que o LHC criasse etc. Pura histeria!

Por que parou? Parou por que?

O acelerador iniciou a operação de criar, acelerar e colimar um feixe de prótons no dia 10 de Setembro. Foi inaugurado com pompas e tudo, mas um feixe sozinho tinha o objetivo de fazer testes mais precisos e ajustes se necessário. Ele parou por causa de um vazamento de Hélio líquido em um dos magnetos ou imãs  durante alguns testes. Nem feixe havia.  Read the press release.

Os quase dez mil magnetos que geram o campo magnético (veja foto acima de um deles) no interior do anel usam fios super-condutores que devem ser mantidos resfriados a temperatura de Hélio em regimes de super-fluidez, próximo ao zero absluto. A corrente elétrica em um magneto destes chega a 5 TeV. Se os fios do magnetos sairem do regime de super-condutores, eles rapidamente aquecem e a corrente deve ser terminada imediatamente.

Vale a pena?

O LHC envolve milhares de cientistas, levou uns 20 anos para construir e custou mais de dez mil bilhões de dólares. Vale a pena? Os físicos acham que sim pois o custo é uma fração ínfima do PIB mundial e pode trazer alguns dados do Universo em que vivemos e quem sabe entender um pouco mais da matéria escura que o domina.

UPDATE:
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Números primos descobertos

Em 2008 dois números primos enormes foram descobertos com a ajuda de computadores. Ah sim, um número primo é indivisível no sentido que não tem nenhum número natural que o divida sem deixar resto exceto ele mesmo ou o um.

primos de mersene

Os novos números primos descobertos neste ano têm a forma 2p – 1,  (dois elevado à potência p menos um) onde  p é um número primo e são conhecidos por primos de Mersenne, em homenagem ao matemático que estudou estes números inicialmente. É bom ressaltar que nem todo número desta forma é primo e nem todo primo tem esta forma.

Bem, os números primos são

237156667 – 1 e 243112609 – 1,

descobertos (confirmados) no dia 06 de Setembro e 23 de Agosto de 2008 respectivamente. Não tente escrever estes números em sua calculadora pois eles têm mais de dez milhões de dígitos! O primeiro acima tem 11,185,272 e o segundo 12,978,189 dígitos.

Aliás, a descoberta do primeiro número primo com mais de 10 milhões de dígitos vai receber o prometido prêmio de US$ 100000 (cem mil dólares) da Electronic Frontier Foundation. Read more at Mersenn Prime Search. Aprenda a matemática dos números de Mersenne.

Halos solares e lunares: Fenômenos ópticos na atmosfera

Halo Solar observado da UNICAMP

Halos são arcos de círculos vistos na atmosfera devidos à refração que a luz, vinda do Sol ou da Lua, sofre ao atravessar uma núvem alta e relativamente fina de cristais de gelo. O Sol ou a Lua ficam no centro do círculo.

Obviamente, abaixo dos cristais de gelo, a atmosfera não deve ter outras nuvens, usualmente com baixa umidade.

Estas nuvens ocorrem entre 5 e 10 km de altura.

A abertura angular mais comum do Halo é 22 graus, considerando um cone com o vértice no observador, medida relação ao eixo, que é a direção do Sol ou da Lua.

O fenômeno é belíssimo e ocorre com certa freqüência, mas nem sempre conseguimos ver o círculo completo nem distinguir as cores da refração.

Prisma Hexagonal

É interessante observar que os cristais de gelo tomam a forma de prisma com base hexagonal em várias condições de temperatura, pressão e saturação.

Os cristais podem crescer pelas faces retangulares ou hexagonais. Eles podem ser mais compridos ou não dependendo de vários fatores de crescimento de cristais. See Hexagonal Ice.

Assim, a refração pode ocorrer em qualquer face. Em geral os cristais nas nuvens não têm uma orientação bem definida.

Podemos estudar o que acontece em um cristal. Suponha a seguinte configuração.

Refração em um Hexágono

Refração em um Hexágono

Um raio incide sobre uma face, refrata a passar pelo ponto G e depois refrata novamente ao sair pela outra face. A figura mostra o ângulo de desvio efetivo ε que depende do ângulo de incidência α. É fácil mostrar que este ângulo é no mínimo 22 graus. Para isto usamos um prisma de base triangular, como indicado na figura pelos pontos BLE. Para quem tem curiosidade e quer ver as possibilidades em uma simulação, veja o applet em Java de refração em um hexágono de gelo.

Este ângulo é o que define o ângulo de abertura do halo. Observe que o índice de refração depende efetivamente da cor da luz. Assim uma luz branca se decompõe pelo fenômeno do prisma.

E para completar a explicação, o fato dos cristais não terem direção determinada,  sempre vai ter alguns cristais que permitem fazer a dupla refração na direção do observador. Por isto, o formato circular.

Há vários outros fenômenos envolvendo os cristais de gelo nas nuvens e a luz solar ou lunar. Read 22 Halo, and Snowflake primer. Veja a construção analítica do ângulo de desvio de um prisma. See also refraction of light java applet .

Há muitas possibilidades dos raios luminosos interagirem com as nuvens de cristais de gelo. Os raios podem passar pelas diagonais, passar de uma face a outra paralela e sofrer apenas um desvio mas não um a decomposição de cores, passar pelas bases do cristal que também têm faces paralelas etc. Além da refração, em cada face há uma pequena reflexão ou até uma reflexão total. Por conta disto, fazemos uma simulação, considerando milhares de raios, e milhares de cristais nas mais variadas direções. Os resultado estão na figuras abaixo. Note inclusive a formação de um segundo halo, mais tênue, resultante de cristais nos quais os raios luminosos sofrem uma reflexão interna antes de sair na direção do observador. Este segundo halo tem abertura angular de 44 graus.

Simulação de Halo por cristais de gelo

Simulação de Halo por cristais de gelo

A imagem a seguir mostra a simulação com um pouco menos de cristais de forma a evidenciar a decomposição em cores.

Olhe para o céu de vez em quando. É a coisa mais maravilhosa do mundo. Mas cuidado para não olhar diretamente ao Sol.