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← Como exploramos perguntas não respondidas na física | James Beacham | TEDxBerlin

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Showing Revision 3 created 01/09/2017 by Claudia Sander.

  1. Existe algo na física
  2. que tem realmente me incomodado
    desde que eu era criança.
  3. E está relacionado a uma pergunta
  4. que os cientistas vêm fazendo
    há quase 100 anos,
  5. sem achar uma resposta.
  6. Como as menores coisas da natureza,
  7. as partículas do mundo quântico,
  8. estão relacionadas
    às maiores coisas da natureza,
  9. planetas, estrelas, galáxias
    mantidas juntas pela gravidade?
  10. Quando criança, eu ficava intrigado
    com questões como essa.
  11. Eu ficava dando voltas
    com microscópios e eletromagnetos,
  12. e lia sobre as forças das pequenas coisas
  13. e sobre mecânica quântica
  14. e me maravilhava com como aquela descrição
    coincidia com nossa observação.
  15. Então eu olhava para as estrelas
  16. e lia sobre como entendíamos
    bem a gravidade,
  17. e eu tinha certeza que devia
    haver uma forma elegante
  18. de esses dois sistemas coincidirem.
  19. Mas não há.
  20. E os livros diziam: "Sim, entendemos muito
    sobre esses dois domínios separadamente,
  21. mas quando tentamos
    conectá-los matematicamente,
  22. tudo se desfaz.
  23. E por 100 anos
  24. nenhuma das nossas ideias
    para solucionar esse desastre físico
  25. foi apoiada por evidências.
  26. E para a criança que eu era,
  27. o pequeno, curioso e cético James,
  28. essa era uma resposta
    extremamente não satisfatória.
  29. Então, ainda sou uma criança cética.
  30. Vamos avançar para dezembro de 2015,
  31. quando me vi revolucionando
    o mundo da física.
  32. Tudo começou quando vimos algo
    intrigante em nossos dados, no CERN:
  33. o indício de uma nova partícula,
  34. uma insinuação de uma possível
    e extraordinária resposta a essa questão.
  35. Então ainda sou uma criança cética,
  36. mas agora também sou
    um caçador de partículas.
  37. Sou físico no Grande Colisor
    de Hádrons do CERN, o LHC,
  38. o maior experimento
    científico já construído.
  39. Um túnel de 27 km, na fronteira
    entre a França e a Suíça,
  40. 100 metros abaixo do solo.
  41. E nesse túnel
  42. usamos ímãs supercondutores
    mais frios que o espaço sideral
  43. para acelerar prótons
    até quase a velocidade da luz
  44. e fazê-los colidir uns nos outros
    milhões de vezes por segundo,
  45. coletando os vestígios dessas colisões
  46. em busca partículas fundamentais
    ainda não descobertas.
  47. Seu projeto e construção
    consumiu décadas de trabalho
  48. de milhares de físicos de todo o mundo,
  49. e em meados de 2015,
  50. trabalhamos incansavelmente
    para conectar o LHC
  51. à maior energia que humanos já usaram
    em um experimento de colisão.
  52. Energia máxima é importante
  53. porque, para as partículas,
    há uma equivalência
  54. entre a energia e a massa das partículas,
  55. e a massa é só um número
    colocado lá pela natureza.
  56. Para descobrir novas partículas,
    precisamos atingir números maiores.
  57. Para isso precisamos construir um colisor
    de energia maior e mais potente,
  58. e o maior e mais potente colisor do mundo
  59. é o Grande Colisor de Hádrons.
  60. Então colidimos prótons
    quadrilhões de vezes
  61. e coletamos esses dados,
    lentamente, por vários meses.
  62. Então novas partículas podem aparecer
    em nossos dados como saliências,
  63. pequenos desvios do que se espera,
  64. pequenos agrupamentos de pontos de dados
    que tornam uma linha tênue não tão tênue.
  65. Por exemplo, esta saliência,
  66. que depois de meses
    de coleta de dados em 2012,
  67. levou à descoberta da partícula de Higgs,
  68. o bóson de Higgs,
  69. e a um Prêmio Nobel
    pela confirmação da sua existência.
  70. Esta subida brusca de energia em 2015
  71. representou a melhor chance
    que já tivemos, como espécie,
  72. de descobrir novas partículas,
  73. novas respostas a questões tão antigas,
  74. porque era quase duas vezes
    a quantidade de energia que usamos
  75. quando descobrimos o bóson de Higgs.
  76. Muitos dos meus colegas trabalharam
    toda sua carreira por este momento,
  77. e, sinceramente,
    para o pequeno e curioso James,
  78. este foi o momento que esperei
    por toda minha vida.
  79. Então esse foi o momento!
  80. Em junho de 2015,
  81. o LHC foi acionado novamente.
  82. Meus colegas e eu prendemos
    a respiração e roemos as unhas,
  83. e finalmente vimos
    a primeira colisão de prótons
  84. à mais alta energia já utilizada.
  85. Aplausos, espumante, comemoração.
  86. Esse foi um marco para a ciência,
  87. e não tínhamos ideia
    do que encontraríamos nesses novos dados.
  88. E algumas semanas depois,
    encontramos uma saliência.
  89. Não era uma saliência enorme,
  90. mas era grande o suficiente
    para franzir a sombrancelha.
  91. Numa escala de um a dez
    para sombrancelhas franzidas,
  92. se dez indica a descoberta
    de uma nova partícula,
  93. era um franzido de nível quatro.
  94. (Risos)
  95. Passei horas, dias, semanas
    em reuniões secretas,
  96. argumentando com meus colegas
    sobre essa pequena saliência,
  97. cutucando-a e espetando-a
    com nossas varetas experimentais
  98. para ver se resistiria a um escrutínio.
  99. Mas mesmo depois
    de meses de trabalho febril,
  100. dormindo no trabalho, sem ir para casa,
  101. jantando barras de chocolate
  102. e tomando baldes de café --
  103. físicos são máquinas
    de transformar café em diagramas --
  104. (Risos)
  105. essa pequena saliência não sumiu.
  106. Então depois de alguns meses
  107. apresentamos nossa pequena saliência
    ao mundo, com uma mensagem bem clara:
  108. essa pequena saliência
    é interessante, mas não é definitiva,
  109. então vamos ficar de olho nela,
    enquanto coletamos mais dados.
  110. Estávamos tentando pegar leve com ela.
  111. E ainda assim o mundo se apropriou dela.
  112. Os noticiários amaram.
  113. As pessoas disseram que ela
    lembrava a pequena saliência
  114. apresentada durante o processo
    de descoberta do bóson de Higgs.
  115. Melhor do que isso, meus colegas teóricos,
  116. amo meus colegas teóricos,
  117. meus colegas teóricos escreveram
    500 artigos sobre essa pequena saliência.
  118. (Risos)
  119. Isso revolucionou o mundo
    da física das partículas.
  120. Mas o que havia
    com essa saliência em especial
  121. que fez com que milhares de físicos
    coletivamente saíssem do sério?
  122. Essa pequena saliência era única.
  123. Ela indicava que estávamos vendo
    um enorme e inesperado número de colisões,
  124. cujos vestígios consistiam
    em apenas dois fótons,
  125. duas partículas de luz.
  126. E isso é raro.
  127. Colisões de partículas não são
    como colisões de automóveis.
  128. Elas têm regras diferentes:
    quando duas partículas colidem,
  129. quase na velocidade da luz,
    o controle passa ao mundo quântico.
  130. E no mundo quântico essas duas partículas
    podem criar brevemente uma nova partícula,
  131. que dura uma pequena fração de segundo
    antes de se dividir em outras partículas
  132. que atingem nosso detetor.
  133. Imaginem uma colisão de automóvel
    na qual os carros somem com o impacto,
  134. uma bicicleta aparece em seu lugar...
  135. (Risos)
  136. e então essa bicicleta explode
    em dois skates, que atingem nosso detetor.
  137. (Risos)
  138. Espero que não literalmente.
  139. Eles são muito caros.
  140. Eventos em que apenas dois fótons
    atingem nosso detetor são muito raros.
  141. E devido a essa propriedade
    quântica especial dos fótons,
  142. há um número muito pequeno
    de novas partículas possíveis,
  143. essas bicicletas míticas,
  144. que podem originar apenas dois fótons.
  145. Mas uma dessas opções é enorme,
  146. e tem a ver com aquela antiga questão
  147. que me incomodava quando eu era
    uma pequena criança,
  148. sobre a gravidade.
  149. A gravidade pode parecer
    superforte para vocês,
  150. mas na verdade ela é incrivelmente fraca,
    comparada com outras forças da natureza.
  151. Posso ganhar da gravidade
    brevemente, quando pulo,
  152. mas não posso tirar
    um próton da minha mão.
  153. A força da gravidade comparada
    a outras forças da natureza?
  154. É 10 elevado a menos 39.
  155. É um decimal com 39 zeros
    depois da vírgula.
  156. Pior do que isso, todas as outras
    forças conhecidas da natureza
  157. são perfeitamente descritas
    pelo chamado Modelo Padrão,
  158. que é a melhor descrição que temos
    da natureza em pequena escala,
  159. e, francamente, uma das conquistas
    de maior sucesso da humanidade;
  160. a não ser pela gravidade,
    que não consta no Modelo Padrão.
  161. É uma loucura.
  162. É como se a maior parte
    da gravidade estivesse faltando.
  163. Nós sentimos um pouco dela,
  164. mas onde está o resto?
  165. Ninguém sabe.
  166. Mas uma explicação teórica
    propõe uma solução selvagem.
  167. Todos nós,
  168. mesmo vocês no fundo,
  169. vivemos em um espaço tridimensional.
  170. Espero que essa colocação
    não seja controversa.
  171. (Risos)
  172. Todas as partículas conhecidas também
    existem em um espaço tridimensional.
  173. De fato, partícula é só um outro nome
  174. para uma agitação
    em um campo tridimensional;
  175. uma oscilação localizada no espaço.
  176. E, mais importante, toda a matemática
    usada para descrever essas coisas
  177. assume que só existem três dimensões.
  178. Mas matemática é matemática, podemos
    flertar com ela o quanto quisermos.
  179. E as pessoas vêm brincando
    com dimensões extras no espaço
  180. há muito tempo, mas esse sempre tem sido
    um conceito matemático abstrato.
  181. Quero dizer, olhem ao redor...
    você aí no fundo, olhe ao redor...
  182. claramente existem apenas
    três dimensões de espaço.
  183. Mas e se isso não for verdade?
  184. E se a gravidade faltante estiver vazando
    para uma dimensão extraespacial
  185. invisível para nós?
  186. E se a gravidade for tão forte
    quanto as outras forças,
  187. se for vista nessa dimensão extraespacial,
  188. e o que nós experienciamos
    é uma pequena parcela da gravidade
  189. que faz ela parecer muito fraca?
  190. Se isso fosse verdade,
  191. teríamos que expandir
    nosso Modelo Padrão das partículas
  192. para incluir uma partícula extra,
  193. uma partícula
    hiperdimensional de gravidade,
  194. um gráviton especial que existe
    em dimensões extraespaciais.
  195. Vejo a expressão em seus rostos.
  196. Vocês deveriam estar me perguntando:
  197. "Como diabos vamos testar
    essa ideia maluca de ficção científica,
  198. presos como estamos em três dimensões?"
  199. Da forma que sempre fazemos,
    colidindo dois prótons...
  200. (Risos)
  201. Forte o suficiente
    para a colisão reverberar
  202. em alguma dimensão extraespacial
    que possa estar ali,
  203. criando momentaneamente
    esse gráviton hiperdimensional
  204. que depois retorna rapidamente
    para as três dimensões do LHC
  205. e libera dois fótons,
  206. duas partículas de luz.
  207. E esse gráviton
    extradimensional hipotético
  208. é uma das poucas novas
    partículas hipotéticas possíveis
  209. com as propriedades quânticas especiais
  210. que podem originar a nossa pequena
    saliência de dois fótons.
  211. Então, a possibilidade de explicar
    os mistérios da gravidade
  212. e de descobrir
    dimensões extras do espaço...
  213. talvez agora vocês entendam
  214. por que milhares de físicos tenham
    ficado coletivamente empolgados
  215. com nossa pequena saliência
    de dois fótons.
  216. Uma descoberta desse tipo faria
    com que os compêndios fossem reescritos.
  217. Mas lembrem-se, a mensagem
    dos experimentalistas que realmente
  218. estavam trabalhando
    naquele momento, foi bem clara:
  219. precisamos de mais dados.
  220. Com mais dados,
  221. ou a pequena saliência vai se tornar
    um lindo e delicioso Prêmio Nobel...
  222. (Risos)
  223. ou os dados extra irão preencher
    o espaço ao redor da saliência
  224. e transformá-la
    em uma linha linda e suave.
  225. Então coletamos mais dados
  226. e muitos meses depois,
    com cinco vezes a quantidade de dados,
  227. nossa pequena saliência
  228. se transformou em uma linha suave.
  229. As notícias relataram
    um "enorme desapontamento",
  230. "esperanças desvanecidas"
    e físicos de partículas "tristes".
  231. Com o tom da cobertura,
  232. vocês pensariam que tínhamos decidido
    desligar o LHC e ir pra casa.
  233. (Risos)
  234. Mas não fizemos isso.
  235. Mas por que não?
  236. Quer dizer, se não descobri
    uma partícula, e não descobri,
  237. por que estou aqui falando com vocês?
  238. Por que simplesmente não baixo
    minha cabeça de vergonha
  239. e vou pra casa?
  240. Físicos de partículas são exploradores.
  241. E muito do que fazemos é cartografia.
  242. Vamos colocar assim:
    esqueçam o LHC por um segundo.
  243. Imaginem que são exploradores do espaço
  244. chegando a um planeta distante,
    em busca de alienígenas.
  245. Qual é a primeira tarefa de vocês?
  246. Orbitar imediatamente
    o planeta, aterrissar,
  247. dar uma rápida olhada ao redor em busca
    de algum grande e óbvio sinal de vida
  248. e relatar para a base.
  249. É nesse estágio que estamos, agora.
  250. Demos uma primeira olhada no LHC
  251. em busca de alguma partícula nova,
    grande e facilmente visível,
  252. e podemos relatar que não há nenhuma.
  253. Vimos uma estranha saliência
    em uma montanha distante,
  254. mas quando chegamos perto
    vimos que era uma pedra.
  255. O que fazemos, então? Simplesmente
    desistimos e vamos embora?
  256. Claro que não;
  257. seríamos péssimos cientistas
    se fizéssemos isso.
  258. Não, passaremos
    as próximas décadas explorando,
  259. mapeando o território,
  260. peneirando a areia
    com um instrumento de precisão,
  261. olhando embaixo de cada pedra,
  262. perfurando abaixo da superfície.
  263. Novas partículas
    podem surgir imediatamente,
  264. como saliências grandes e visíveis,
  265. ou podem se revelar apenas
    depois de anos de coleta de dados.
  266. A humanidade começou agora a explorar
    com o LHC a esse nível de energia,
  267. e temos muita pesquisa a fazer.
  268. Mas e se depois de 10 ou 20 anos ainda não
    tivermos encontrado nenhuma partícula?
  269. Construímos uma máquina maior.
  270. (Risos)
  271. Pesquisamos em níveis
    mais altos de energia.
  272. Pesquisamos em níveis
    ainda mais altos de energia.
  273. Já está sendo planejado um túnel
    de 100 km que vai colidir partículas
  274. a um nível de energia
    dez vezes maior que o LHC.
  275. Não decidimos onde a natureza
    coloca novas partículas.
  276. Só decidimos continuar explorando.
  277. Mas e se mesmo com um túnel de 100 km
  278. ou de 500 km
  279. ou um colisor de 10 mil km
    flutuando no espaço
  280. entre a Terra e a Lua,
  281. ainda não tivermos encontrado
    novas partículas?
  282. Então talvez estejamos fazendo
    a física das partículas de forma errada.
  283. (Risos)
  284. Talvez seja preciso
    repensar algumas coisas.
  285. Talvez sejam necessários
    mais recursos, tecnologia e expertise
  286. do que temos atualmente.
  287. Já usamos inteligência artificial
    e aprendizado de máquina em partes do LHC,
  288. mas imaginem projetar
    um experimento de física das partículas
  289. com algoritmos tão sofisticados
    que ensinassem a si próprios
  290. como descobrir
    um gráviton hiperdimensional.
  291. E se?
  292. A última pergunta:
  293. e se nem a inteligência artificial ajudar
    a responder nossas perguntas?
  294. E se essas perguntas,
    há séculos sem resposta,
  295. estiverem destinadas
    a continuarem assim no futuro?
  296. E se as coisas que me incomodam
    desde que eu era pequeno
  297. estiverem destinadas a continuarem
    sem resposta por toda minha vida?
  298. Então...
  299. isso será ainda mais fascinante.
  300. Seremos forçados a pensar
    de formas completamente novas.
  301. Teremos que retornar a nossas hipóteses,
  302. e determinar se houve
    alguma falha em algum ponto.
  303. Precisaremos encorajar mais pessoas
    a unirem-se a nós no estudo da ciência,
  304. pois precisaremos de novos olhares
    sobre esses problemas seculares.
  305. Eu não tenho as respostas
    e ainda estou buscando por elas.
  306. Mas alguém que talvez esteja
    no ensino médio, agora,
  307. que talvez ainda nem tenha nascido,
  308. pode por fim nos levar a ver a física
    de uma forma completamente nova,
  309. e mostrar que talvez só estejamos
    fazendo as perguntas erradas.
  310. O que não seria o fim da física,
  311. mas um novo começo.
  312. Obrigado.
  313. (Aplausos)