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English to Portuguese: Science’s great leap forward General field: Science Detailed field: Physics
Source text - English Science’s great leap forward
After decades of searching, physicists have solved one of the mysteries of the universe
Jul 7th 2012 | from the print edition
HISTORICAL events recede in importance with every passing decade. Crises, political and financial, can be seen for the blips on the path of progress that they usually are. Even the horrors of war acquire a patina of unreality. The laws of physics, though, are eternal and universal. Elucidating them is one of the triumphs of mankind. And this week has seen just such a triumphant elucidation.
On July 4th physicists working in Geneva at CERN, the world’s biggest particle-physics laboratory, announced that they had found the Higgs boson (see article). Broadly, particle physics is to the universe what DNA is to life: the hidden principle underlying so much else. Like the uncovering of DNA’s structure by Francis Crick and James Watson in 1953, the discovery of the Higgs makes sense of what would otherwise be incomprehensible. Its significance is massive. Literally. Without the Higgs there would be no mass. And without mass, there would be no stars, no planets and no atoms. And certainly no human beings. Indeed, there would be no history. Massless particles are doomed by Einstein’s theory of relativity to travel at the speed of light. That means, for them, that the past, the present and the future are the same thing.
Deus et CERN
Such power to affect the whole universe has led some to dub the Higgs “the God particle”. That, it is not. It does not explain creation itself. But it is nevertheless the most fundamental discovery in physics for decades.
Unlike the structure of DNA, which came as a surprise, the Higgs is a long-expected guest. It was predicted in 1964 by Peter Higgs, a British physicist who was trying to fix a niggle in quantum theory, and independently, in various guises, by five other researchers. And if the Higgs—or something similar—did not exist, then a lot of what physicists think they know about the universe would be wrong.
Physics has two working models of reality. One is Einstein’s general relativity, which deals with space, time and gravity. This is an elegant assembly of interlocking equations that poured out of a single mind a century ago. The other, known as the Standard Model, deals with everything else more messily.
The Standard Model, a product of many minds, incorporates the three fundamental forces that are not gravity (electromagnetism, and the strong and weak nuclear forces), and also a menagerie of apparently indivisible particles: quarks, of which protons and neutrons, and thus atomic nuclei, are made; electrons that orbit those nuclei; and more rarefied beasts such as muons and neutrinos. Without the Higgs, the maths which holds this edifice together would disintegrate.
Finding the Higgs, though, made looking for needles in haystacks seem simple. The discovery eventually came about using the Large Hadron Collider (LHC), a machine at CERN that sends bunches of protons round a ring 27km in circumference, in opposite directions, at close to the speed of light, so that they collide head on. The faster the protons are moving, the more energy they have. When they collide, this energy is converted into other particles (Einstein’s E=mc2), which then decay into yet more particles. What these decay particles are depends on what was created in the original collision, but unfortunately there is no unique pattern that shouts “Higgs!” The search, therefore, has been for small deviations from what would be seen if there were no Higgs. That is one reason it took so long.
Another was that no one knew how much the Higgs would weigh, and therefore how fast the protons needed to be travelling to make it. Finding the Higgs was thus a question of looking at lots of different energy levels, and ruling each out in turn until the seekers found what they were looking for.
Queerer than we can suppose?
For physicists, the Higgs is merely the LHC’s aperitif. They hope the machine will now produce other particles—ones that the Standard Model does not predict, and which might account for some strange stuff called “dark matter”.
Astronomers know dark matter abounds in the universe, but cannot yet explain it. Both theory and observation suggest that “normal” matter (the atom-making particles described by the Standard Model) is only about 4% of the total stuff of creation. Almost three-quarters of the universe is something completely obscure, dubbed “dark energy”. The rest, 22% or so, is matter of some sort, but a sort that can be detected only from its gravity. It forms a giant lattice that permeates space and controls the position of galaxies made of visible matter (see article). It also stops those galaxies spinning themselves apart. Physicists hope that it is the product of one of the post-Standard Model theories they have dreamed up while waiting for the Higgs. Now, they will be able to find out.
For non-physicists, the importance of finding the Higgs belongs to the realm of understanding rather than utility. It adds to the sum of human knowledge—but it may never change lives as DNA or relativity have. Within 40 years, Einstein’s theories paved the way for the Manhattan Project and the scourge of nuclear weapons. The deciphering of DNA has led directly to many of the benefits of modern medicine and agriculture. The last really useful subatomic particle to be discovered, though, was the neutron in 1932. Particles found subsequently are too hard to make, and too short-lived to be useful.
This helps explain why, even at this moment of triumph, particle physics is a fragile endeavour. Gone are the days when physicists, having given politicians the atom bomb, strode confidently around the corridors of power. Today they are supplicants in a world where money is tight. The LHC, sustained by a consortium that was originally European but is now global, cost about $10 billion to build.
That is still a relatively small amount, though, to pay for knowing how things really work, and no form of science reaches deeper into reality than particle physics. As J.B.S. Haldane, a polymathic British scientist, once put it, the universe may be not only queerer than we suppose, but queerer than we can suppose. Yet given the chance, particle physicists will give it a run for its money.
Translation - Portuguese O grande avanço da ciência
Depois de décadas de pesquisa, físicos solucionam um dos mistérios do Universo
7 de julho de 2012 | da edição impressa
EVENTOS históricos têm importância diminuída a cada década que se passa. Crises, políticas e financeiras, podem ser identificadas no radar do progresso. Até mesmo os horrores de guerra adquirem um tom de irrealidade. As leis da física, no entanto, são eternas e universais. Um dos triunfos da humanidade é poder elucidá-las. E essa semana vimos uma elucidação bastante triunfante.
Em 4 de julho, físicos trabalhando em Geneva, no CERN, o maior laboratório de Física de Partículas do mundo, anunciaram a descoberta do bóson de Higgs (veja artigo). De maneira geral, a Física de Partículas está para o Universo assim como o DNA está para a vida: o princípio oculto subjacente a tudo mais. Assim como a descoberta da estrutura do DNA por Francis Crick e James Watson em 1953, a descoberta do Higgs traz sentido ao que, de outra forma, seria incompreensível. Sua importância é massiva. Literalmente. Sem o Higgs não haveria massa. E sem massa não haveria estrelas, planetas nem átomos. E certamente não haveria seres humanos. De fato, não haveria história. Partículas sem massa estão condenadas a viajar à velocidade da luz, de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein. Para os físicos, isso significa que o passado, o presente e o futuro são a mesma coisa.
Deus no CERN
Tamanho poder para afetar o Universo inteiro tem feito com que alguns apelidassem o Higgs de “a partícula de Deus”. Mas não é. Ela não explica a criação em si. No entanto, é a descoberta mais fundamental da física em décadas.
Diferentemente da estrutura do DNA, que surgiu inesperadamente, o Higgs é um convidado há muito esperado. O bóson foi previsto em 1964 por Peter Higgs, um físico britânico que estava tentando consertar um pequeno problema da teoria quântica, e independentemente, de várias maneiras, por outros cinco pesquisadores. E se o Higgs, ou algo parecido, não existisse, muito do que os físicos acham que sabem sobre o Universo estaria errado.
A Física tem dois modelos úteis de realidade. O primeiro é a relatividade geral de Einstein, que lida com espaço, tempo e gravidade. Esta é uma composição elegante de equações interligadas que jorraram de uma única mente há um século. A segunda, conhecida como o Modelo Padrão, lida com todo o resto de forma mais desarrumada.
O Modelo Padrão, um produto de várias mentes, incorpora as três forças fundamentais que não são a gravidade (eletromagnetismo, e as forças nucleares forte e fraca), e também uma junção de partículas aparentemente invisíveis: quarks, de que prótons e neutrons, e, portanto, núcleos atômicos são feitos; elétrons que orbitam esses núcleos; e beasts mais rarefeitas como múons e neutrinos. Sem o Higgs, a matemática que segura essa estrutura se desentegraria.
A descoberta do Higgs, no entanto, fez parecer simples procurar agulhas em palheiros. A descoberta eventualmente surgiu ao se usar o Large Hadron Collider (LHC), uma máquina do CERN que envia milhares de prótons ao redor de um anel de 27km de circunferência, em direções opostas, próximo à velocidade da luz, para que eles colidam uns com os outros. Quanto mais rápido os prótons estiverem se mexendo, mais energia eles terão. Quando eles colidem, essa energia é convertida em outras partículas (E=mc2 de Einstein), que depois se formam em mais partículas. O que constitui essas partículas formadas depende do que foi criado na colisão original, mas, infelizmente, não há um padrão único que denuncie que seja o Higgs. A procura, portanto, tem sido por pequenos desvios do que seria visto se não houvesse o Higgs. Esta é uma razão porque tomou tanto tempo.
Outra é que ninguém sabia quanto pesaria o Higgs, e portanto a velocidade com que os prótons precisariam viajar para fazer acontecer. Encontrar o Higgs era, então, uma questão de procurar por vários níveis diferentes de energia, e excluir cada um deles até que os pesquisadores encontrassem o que estavam procurando.
Mais estranho do que pensávamos?
Para os físicos, o Higgs é meramente um aperitivo do LHC. Eles esperam que a máquina agora vá produzir outras partículas, aquelas que o Modelo Padrão não prevê, e que podem contar como substâncias estranhas chamadas de “matéria escura”.
Astrônomos sabem que matérias escuras são abundantes no Universo, mas não conseguem exlicar o fenômeno ainda. A teoria e a observação sugerem que a matéria “normal” (as partículas constituintes do átomo descritas pelo Modelo Padrão) é apenas cerca de 4% do total do material da criação. Quase três quartos do Universo é algo completamente obscuro, chamado de “energia escura”. O restante, cerca de 22%, é matéria de alguma espécie, mas uma espécie que somente pode ser detectada a partir de sua gravidade, e que forma um entrelaçado gigante que permeia o espaço e controla a posição das galáxias feitas de matéria visível (veja artigo). Também previne que essas galáxias girem a ponto de se romperem. Físicos esperam que esse seja o produto de uma das teorias pós Modelo Padrão com que eles sonharam enquanto esperavam pela descoberta do Higgs. Agora, eles poderão descobrir.
Para não-físicos, descobrir o Higgs é mais importante para a compreensão do que sua utilidade em si. O Higgs acrescenta à soma do conhecimento humano, mas pode nunca mudar vidas como fizeram o DNA ou a relatividade. Por 40 anos, as teorias de Einstein pavimentaram o caminho para o Projeto Manhattan e para o flagelo das armas nucleares. Decifrar o DNA tem nos levado diretamente a muitos dos benefícios da medicina moderna e da agricultura. A última partícula subatômica realmente útil a ser descoberta, no entanto, foi o nêutron em 1932. Partículas encontradas após isso são muito difíceis de se fazer e muito efêmeras para serem úteis.
Isso ajuda a explicar porque a física de partículas é uma tentativa frágil, mesmo neste momento de triunfo. Foram-se os dias em que físicos, depois de presentearem políticos com a bomba atômica, caminhavam confiantes pelos corredores do poder. Hoje eles mendigam num mundo onde o dinheiro está apertado. O LHC, sustentado por um consórcio originalmente europeu mas agora global, custou cerca de $10 bilhões para ser construído.
Essa ainda é uma quantia relativamente pequena que foi paga para se saber como as coisas realmente funcionam, e nenhuma forma de ciência vai mais fundo à realidade que a física de partículas. Assim como J.B.S. Haldane, um cientísta polímata britânico uma vez disse, o Universo pode não só ser mais estranho do que pensamos, mas pode ser mais estranho do que possamos pensar. Ainda assim, dada a oportunidade, físicos de partículas não vão deixar barato.
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Bachelor's degree - UFPE
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Years of experience: 14. Registered at ProZ.com: Jul 2012.
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