A "máquina do Big Bang"

LHC pode ajudar a separar a ficção dos fatos, o objetivo da ciência

Bem, não é exatamente a máquina do Big Bang, mas chega perto. Semana passada, físicos de dezenas de países trabalhando no Cern (Centro Europeu de Física Nuclear) conseguiram colidir prótons a velocidade próxima à da luz.
 

O Grande Colisor de Hádrons (LHC), a maior máquina já construída na história da civilização, consiste em um túnel circular de 27 km de circunferência, enterrado 100 metros no subsolo. Feixes de prótons viajam nos sentidos horário e anti-horário, e são forçados a colidir através da ação de magnetos extremamente potentes. As colisões literalmente transformam energia em matéria, de acordo com a famosa equação E=mc2: a energia de movimento dos prótons é transformada em inúmeras partículas, os tijolos fundamentais da matéria. Por isso, os físicos tentam atingir energias cada vez mais altas: quanto maior a energia de movimento, mais pesadas as partículas que podem surgir da colisão.
 

O LHC acaba de quebrar o recorde de energia, alcançando o incrível valor de 7 trilhões de elétron-volts, equivalente à energia armazenada na massa de 7 trilhões de prótons. Seu concorrente, o Tevatron do laboratório americano Fermilab, atinge "apenas" 1 trilhão de elétron-volts.
 

As energias atingidas são equivalentes às que existiam a um trilionésimo de segundo após o Big Bang. Daí a qualificação de máquina do "quase" Big Bang. Incontáveis teses de doutorado e carreiras inteiras foram dedicadas à sua construção, que levou 16 anos e custou US$ 10 bilhões. A esperança é que os dados que serão produzidos pelo LHC resolvam alguns dos mistérios mais profundos da física atual. (E gerem muitas aplicações tecnológicas.) A lista de resultados ansiosamente aguardados é extensa, mas eis os mais importantes, em ordem crescente de especulação:
 

1) Encontrar a partícula de Higgs, que supostamente dá massa a todas as outras partículas que existem, do familiar elétron aos menos familiares quarks. (Claro, ainda não saberemos como o Higgs ganha a sua massa, mas esta é uma outra questão...) Se o Higgs for encontrado, confirmará teorias propostas há mais de 40 anos. Se não for, tornará a existência de massa ainda mais misteriosa, o que é uma possibilidade mais interessante.
 

2) Encontrar partículas de matéria escura. Matéria escura, como diz o nome, não produz luz. Alguns tipos de matéria ordinária, como planetas e pessoas, também são escuros, isto é, não brilham sozinhos. Mas a quantidade de matéria escura que inferimos existir no cosmo, cerca de 23% do total, é seis vezes maior do que a de matéria ordinária. Sabemos que existe, pois através da sua gravidade ela influencia a matéria que brilha, como galáxias e estrelas. O LHC pode encontrar o candidato mais popular para a matéria escura. Com isso, confirmaria também a existência da hipotética supersimetria, que dobra o número de partículas que existem, proposta 35 anos atrás. Iniciaria uma caça a essas partículas todas.
 

3) Dimensões extra. Teorias de unificação propõem que as quatro forças que vemos são manifestações de uma só. Em geral, são formuladas em espaços com mais de três dimensões. As supercordas, por exemplo, existem em 9 ou 10 dimensões . O LHC não encontrará essas dimensões, mas pode encontrar traços de sua existência. Dos itens acima, o primeiro provavelmente será resolvido. Os outros dois, ninguém sabe. Uma máquina como o LHC pode ajudar a separar a ficção dos fatos -e esse é o objetivo da ciência. Devemos ter a liberdade de imaginar hipóteses sobre o mundo.

Mas devemos também ter a humildade de aceitar o que a natureza está nos dizendo. Basta ouvi-la.

Anjos e demônios da ciência

No filme, os cientistas são inocentes e os cardeais são sábios

Como não podia deixar de ser, hoje escrevo sobre o filme "Anjos e Demônios", baseado no romance homônimo de Dan Brown.

Para os leitores que não tiveram a oportunidade de assistir ao filme ou ler o livro, a narrativa trata de um complô para assassinar a cúpula da Igreja Católica durante a escolha de um novo papa. Uma bomba extremamente poderosa foi escondida em algum lugar da famosa basílica de São Pedro, no Vaticano, e irá explodir, a menos que nosso herói, o professor de Harvard especialista na interpretação de símbolos Robert Langdon (Tom Hanks), consiga desvendar uma série de mistérios e pistas.

A bomba, e aqui entra o tema principal do filme, é um artefato que usa uma amostra de antimatéria criada pelos cientistas do Cern, o centro europeu de física de partículas, a casa do LHC, o gigantesco colisor de partículas que deverá entrar em funcionamento em alguns meses. O filme retrata o conflito entre os magistérios que supostamente disputam o domínio da sociedade: a religião e a ciência.

A cena inicial se passa no templo da ciência, onde os seus sacerdotes, os cientistas do Cern, preparam-se para acionar a maior máquina já construída na história. A bela física italiana Vittoria Vetra (Ayelet Zurer) e seu colega, um padre físico (vejam que essa união não é impossível), planejam isolar um pouco de antimatéria.

O ponto é que antimatéria é extremamente rara: o Universo é composto quase exclusivamente de matéria, os átomos formados de partículas elementares como elétrons e quarks (componentes dos prótons e nêutrons). Ainda bem. Partículas de matéria desintegram-se imediatamente quando entram em contato com partículas de antimatéria, transformando-se em raios gama, uma forma de radiação eletromagnética de altíssima energia. Se você apertasse a mão da sua antipessoa, o Brasil desapareceria em instantes.

A bomba que ameaça destruir o Vaticano é feita de antimatéria, roubada do experimento no Cern. No livro, fica claro que a intenção dos físicos é recriar o Big Bang, o momento da criação, transformando mistério em ciência. O padre físico quer provar que Deus existe; os cientistas, que a ciência explica até mesmo o mistério da criação sem a necessidade de interferências sobrenaturais. No meio tempo, a liderança da Igreja Católica pode desaparecer do mapa: o fim da religião pelas mãos da ciência.

Não vou contar o que acontece no filme, para não estragar a surpresa.

Mesmo que o enredo não faça muito sentido do ponto de vista científico, Dan Brown consegue trazer o conflito entre ciência e religião ao grande público, o que acho notável.

Infelizmente, no filme vemos uma tendência a manter estereótipos que me parecem injustos. Existe uma aura de inocência nos cientistas e de sapiência nos cardeais, como se cientistas fossem imaturos e irresponsáveis perante a autoridade moral da igreja.

O templo da ciência parece um brinquedo perante o majestoso templo da igreja. (E, em termos de beleza, não há mesmo o que comparar. Mas a questão aqui é a função de cada um.)
Mas o que define a sociedade moderna? Os "brinquedos" digitais da ciência ou a moral ancestral da religião?

A sabedoria e a moralidade não são província exclusiva da religião. Muitas pessoas sábias e altamente morais não são religiosas. Todos sabem que matar é errado (mesmo que as religiões se esqueçam disso com frequência), e a maioria sabe que devemos amar o nosso próximo. Os desafios que enfrentaremos ao longo deste século, do aquecimento global à crise de energia, serão resolvidos nos templos da ciência e não nos belos templos da religião.

Melhores de 2008

Publicação lista as descobertas importantes do ano passado

Recebi recentemente um exemplar da publicação americana "Science News" com uma lista das 20 mais importantes (de acordo com eles) descobertas científicas de 2008. Resolvi fazer uma seleção das que são mais relevantes aos temas de que tratamos aqui na coluna.
Gostaria de incluir outras, mas o espaço é curto. Aqui vão:

1. Planetas extrassolares fotografados: dois grupos de astrônomos apresentaram as primeiras fotografias de planetas girando em torno de outras estrelas. Um deles, usando o Telescópio Espacial Hubble, identificou um planeta em torno da estrela Formalhaut, a 25 anos-luz de distância da Terra. O outro, usando dois enormes telescópios no topo da montanha Mauna Kea, no Havaí, fotografou nada menos do que três planetas girando em torno da estrela HR 8799, a 130 anos-luz da Terra. Ou seja, pela primeira vez na história, astrônomos fotografaram um outro sistema solar.

A caça a planetas extrassolares começou há pouco mais de dez anos. E já são mais de 300 deles. Isso leva os cientistas a uma conclusão muito importante: se a maioria das estrelas tem seus planetas, o número de planetas por galáxia é gigantesco. Só na nossa, que tem em torno de 300 bilhões de estrelas, pode haver mais do que um trilhão de planetas. E isso sem contar as luas! Se estamos interessados em vida extraterrestre, esses números indicam que não faltam possíveis casas onde a vida pode ter surgido.

2. O gigantesco acelerador de partículas LHC é ligado -e desligado: localizado na fronteira entre a Suíça e a França, o acelerador passou o em seu primeiro teste quando foi ligado, no dia 10 de setembro. Prótons viajaram pelo percurso de 27 quilômetros em túneis cem metros abaixo do subsolo com velocidades próximas à da luz. O objetivo do acelerador é colidir prótons com outros prótons, transformando sua energia de movimento em matéria segundo a famosa fórmula E = mc2. (Quanto mais rápidos os prótons, mais energia têm e mais matéria pode ser gerada em suas colisões).

Uma das perguntas a que os cientistas querem responder com o LHC é de onde vem a massa de partículas como o elétron e os quarks, componentes dos prótons. Infelizmente, um vazamento de hélio líquido que refrigera os ímãs supercondutores no túnel levou ao fechamento do acelerador até julho deste ano. Com o filme "Anjos e Demônios" saindo agora (que se passa, em parte, no laboratório onde fica o LHC), a popularidade do experimento é enorme. Como são, também, as expectativas de resultados.

3. Macaco controla braço mecânico com seu cérebro: eletrodos foram implantados nos cérebro de macacos na região que controla o movimento muscular. Usando o seu pensamento, ou a intenção de mover o braço, os macacos conseguiram aperfeiçoar seu controle do braço mecânico a ponto de alimentar-se com ele. Um computador traduziu a atividade elétrica dos neurônios dos macacos em sinais para o braço. A promessa de próteses é enorme. Infelizmente, no momento, os eletrodos implantados no cérebro de macacos ou mesmo de pessoas acabam atacados pelo sistema imunológico como invasores.

4. Nova evidência indica que vida na Terra começou bem cedo: cristais de zircão datando de 4,2 bilhões de anos atrás indicam possível atividade biológica. Até então, os primeiros sinais de vida na Terra datavam de, no máximo, 3,8 bilhões de anos atrás. Se comprovada, essa descoberta indicará que a vida aqui surgiu bem antes do que o esperado e sob condições bem dramáticas: muito vulcanismo e quedas de asteroides. Se isso ocorreu aqui, a possibilidade de ter ocorrido em outros planetas aumenta bastante.

Fósseis da Criação

Uma espécie de semente de gravidade surgiu após o Big Bang

Na semana passada, escrevi sobre dois telescópios espaciais prestes a serem lançados pela Agência Espacial Europeia. Dia 6 de maio, os telescópios espaciais Herschel e Planck iniciarão sua viagem em direção ao local de onde medirão as propriedades do cosmo bebê.
Para minimizar a interferência de sinais de micro-ondas da Terra, o Planck terá uma órbita a 1,5 milhão de quilômetros, um centésimo da distância entre a Terra e o Sol. Serão seis semanas até que chegue ao ponto exato, de onde colherá dados por 14 meses.

Essencialmente, o satélite é um termômetro extremamente preciso, capaz de medir variações de um milionésimo de grau na temperatura da radiação cósmica de fundo, o fóssil deixado quando os primeiros átomos de hidrogênio foram formados, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás.

O Planck poderá testar os modelos atuais de como galáxias surgiram a partir da sopa de matéria que preenchia o cosmo em seus primórdios. Para reproduzir as propriedades que medimos do Universo, astrônomos precisam de uma receita extremamente estranha. São três ingredientes principais, fora a radiação cósmica de fundo. O primeiro deles é o mais óbvio: a matéria comum, formada de átomos com prótons no núcleo e elétrons girando à sua volta. É dela que somos feitos, de hidrogênio, carbono e ferro. Segundo a receita atual, essa matéria constitui só 4% do Universo.

O próximo ingrediente também é uma forma de matéria, mas que não tem nada a ver com a matéria comum. Essa é a chamada "matéria escura", cujo nome vem do fato de não ser capaz de produzir luz ou radiação de qualquer espécie, como fazem nossas queridas estrelas. Ninguém sabe que matéria é essa. Dezenas de experimentos estão tentando detectá-la, e o grande colisor de partículas na Suíça, o LHC, em breve tentará forjá-la a partir de matéria comum. (É, isso é possível, ao menos em teoria.)
A matéria escura, segundo a receita cósmica atual, consiste em aproximadamente 23% do Universo. Os 73% restantes supostamente fazem parte da "energia escura", algo que também desconhecemos, como abordei em várias colunas passadas.

Voltando aos modelos que irão ser testados pelo Planck, o mais importante deles descreve a origem das galáxias. Quando astrônomos mapeiam o Universo, observam que as galáxias estão distribuídas como se existissem na superfície de bolhas num banho de espuma: regiões esféricas com pouca matéria, os vazios cósmicos (o interior das bolhas), cercadas de galáxias à sua volta.

Como isso ocorreu? Segundo os modelos modernos, são necessários três ingredientes. A matéria comum, claro, que compõe as estrelas e os planetas; a matéria escura; e uma espécie de semente gravitacional, aglomerados de um tipo de matéria exótica que presumivelmente surgiu nos primeiros instantes de existência do cosmo.

Essas sementes atraem a matéria escura que, por sua vez, atrai a matéria comum. Bem estranho, eu sei. Por isso o Planck é tão necessário. Segundo os modelos, o Universo bebê expandiu incrivelmente rápido devido a essa matéria exótica. Caso isso tenha ocorrido, a textura do próprio espaço sofreu distorções que se propagaram como ondas desde então. Caso as ondas existam e sejam suficientemente grandes, Planck poderá medi-las.

Se tiver sucesso, teremos uma janela para enxergar o Universo quando ele tinha apenas um trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo -muito perto do início de tudo.
Essas ondas são o que mais se aproxima de um fóssil da criação. Os próximos 14 meses serão de muita ansiedade para a cosmologia.

Celebrando a ciência

Vivemos um período mágico com as escolhas de Obama

Uma lua obscura de Saturno pode ter uma combinação de água e compostos orgânicos necessários para a vida. Planetas girando em torno de outras estrelas foram vistos com telescópios pela primeira vez. Células-tronco não precisam mais ser extraídas de fetos ou mesmo de cordões umbilicais. O gigantesco acelerador de partículas, o LHC, foi ligado e funcionou, ao menos por um pouco. Deve entrar em funcionamento em meados de 2009. Mapas do cérebro por meio de ressonância magnética mostram onde fazemos escolhas morais e quando mentimos, uma descoberta com enormes conseqüências para o processo penal. E que podem ser usados para diagnosticar a doença de Alzheimer nos seus estágios preliminares. Essas são algumas das novidades da ciência de 2008. A lista, claro, é muito mais longa. Mas acho que já é o bastante para celebrar.

Ninguém pensa muito em celebrar a ciência ou os cientistas. Acho que isso deveria mudar. Sei que sou suspeito para falar. Mas olhe em volta. Veja as dezenas de aparelhos eletrodomésticos ou de eletrônicos, seu carro, seu celular, GPS, notícias e futebol ao vivo via satélite, a rapidez das telecomunicações, o progresso da medicina, a internet, os mistérios do universo -dos ocultos no interior dos átomos até os confins do cosmo- sendo revelados de forma magnífica. De onde vem isso tudo? Do trabalho de milhares de cientistas e engenheiros, de pessoas que dedicam suas vidas à busca do conhecimento e à melhoria da qualidade de vida das pessoas.

Sem dúvida, existe o aspecto comercial da tecnologia. Também, nem toda a ciência é para o bem, como vemos no progresso das armas de destruição em massa, nas tecnologias de guerra biológica, na absurda exploração do planeta feita de forma irresponsável por megacorporações gananciosas. Mais uma vez, a lista é grande.

Mesmo assim, o fato é que nossas vidas, a sociedade moderna como um todo, depende inteiramente dessa infra-estrutura tecnológica. Se ela colapsa, se colapsam as telecomunicações, se ficamos sem energia elétrica, se cai a internet, voltamos a viver como vivíamos há 200 anos. Ficaríamos completamente paralisados. Ninguém mais sabe caçar (ou quase ninguém) ou viver diretamente do que a natureza produz. (Com exceção dos agricultores de subsistência, mas a sua produção seria ineficaz para manter a população global.) Imagine um mundo sem antibióticos, sem aviões, sem carros, sem ar-condicionado.

Após oito anos de uma administração que demonstrou desprezo pelo meio ambiente, de uma política internacional que inventou uma guerra mentirosa e que serviu apenas a alguns grupos de interesse, as coisas parece que estão mudando nos EUA.

Essa semana, Obama escolheu seu secretário de ciência, o equivalente ao nosso ministro de ciência e tecnologia, pasta bem servida atualmente pelo físico Sérgio Resende.

O escolhido aqui, John Holdren, é um físico de primeira linha e, tal como o novo secretário de energia escolhido pelo novo presidente, um militante do combate ao aquecimento global. O que me deixou esperançoso foi o que Obama disse: "minha administração irá restaurar o princípio básico de que decisões governamentais devem ser baseadas na melhor evidência científica possível, baseadas em fatos e não distorcidas por ideologia política".

Belas palavras, que celebram o papel da ciência em nossas vidas e o perigo de corromper fatos a serviço de ideologia. Estamos vivendo um momento mágico. A transição começou. O planeta Terra começará a ser respeitado como deve pelos que causavam os maiores danos. Estava mais do que na hora.