sexta-feira, 12 de outubro de 2012

O Nobel de Física de 2012...

...foi para Serge Haroche (École Normale) e David Wineland (NIST, Boulder) pelos seus trabalhos na área de óptica quântica. Vários posts tem sido publicados explicando o tema (como, por exemplo, este no site da Sociedade Brasileira de Física) de modo que não me alongarei muito nos detalhes.

"The Nobel Prize in Physics 2012 - Advanced Information". Nobelprize.org
Essencialmente, eles conseguiram algo altamente não-trivial: fazer medições em sistemas cujo "estado quântico" é caracterizado por uma superposição (ou "soma") de estados distintos (como no famoso exemplo do gato de Schrödinger, que está em uma superposição de "vivo+morto") sem destruir essa superposição. Isso é bastante difícil pois uma das peculiaridades da Mecânica Quântica é o chamado "colapso da função de onda":  medições diretas em um sistema quântico destroem a superposição original (por exemplo: "gato vivo"+"gato morto"), de modo que, após a medida o sistema esteja em apenas um dos estados ("vivo" ou "morto").

Os experimentos conduzidos por Haroche e Wineland conseguem contornar essas limitações através da manipulação cuidadosa da interação entre átomos e fótons em cavidades de alta qualidade especialmente preparadas para isso. O resultado é que eles criam "estados tipo gato de Schrödinger" nessas cavidades e os manipulam opticamente (por exemplo, usando diferentes feixes de laser e controlando parâmetros como frequência e intensidade dos feixes).

Aplicações são várias: desde propostas para utilização desses estados em computação quântica até a medição ultra-precisa de intervalos de tempo, através de "relógios ópticos". Isso tem grandes impactos em metrologia. Não é à toa que Wineland é pesquisador do NIST, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA, o equivalente, dadas as devidas proporções, ao nosso Inmetro.

Há vários grupos no Brasil trabalhando nessa área, inclusive colegas no LMCAL do Instituto de Física da USP. Por sinal, o prof. Haroche foi orientador de doutorado do prof. Paulo Nussenzveig do IF-USP.


terça-feira, 3 de julho de 2012

Esperando o bóson de Higgs

A blogosfera especializada em Física de altas energias está em ritmo de espera de um anúncio do Large Hadron Collider do CERN para a "descoberta" (ou a "observação") do bóson de Higgs. Isso deve ocorrer nesta quarta-feira, dia 04/07. Por sinal, uma das questões levantadas nos blogs é se o Higgs será oficialmente "descoberto" ou apenas "observado".

A diferença vem da estatística. O patamar para se anunciar uma "descoberta" é alto: é preciso de uma estatística de dados suficiente para que haja uma confiança de "5 sigmas" no resultado. Isso corresponde a uma "certeza" de 99.9999426697% de que o resultado está correto.O patamar para se anunciar a "observação" é bem mais baixo, de "3 sigmas" (ou uma confiança de 99.73%).

De todo modo, seria muito, muito improvável que a ressonância em 125 GeV encontrada nos dados de dois experimentos independentes do LHC (ATLAS e CMS) não seja uma assinatura do bóson de Higgs. Assim, é só uma questão de colocar o espumante no gelo, esperar o anúncio e especular sobre quem ganha o Nobel com a descoberta.

A pergunta é: e depois? Como não sou da área de Física de partículas, tudo o que eu posso dizer vem da minha impressão "de leigo". Se o Higgs for simplesmente aquilo que prevê o modelo padrão de partículas, as coisas ficam um tanto "monótonas" na área. Essencialmente, cruzou-se a "última fronteira", ao custo de 9 bilhões de dólares investidos em um super-acelerador. Agora, o que sobra é "resolver os problemas do final do capítulo". Coisas novas aparecerão sim, mas o ritmo de descobertas não será o mesmo.

Na minha modesta opinião, quem perde é o pessoal que apostou tudo em teorias exóticas que não encontraram suporte nos dados experimentais. Um exemplo: ao que tudo indica, não há evidências de supersimetria (SUSY) nos resultados do LHC, o que sugere que, se essa Física existir, não está ao alcance dos aceleradores atuais. O que também compromete idéias como teoria de cordas. Afinal, Física é uma ciência experimental por excelência: por mais bonita que seja uma teoria científica, ela só é validada pelo experimento. Mesmo especulações teóricas (sempre bem vindas) serão eventualmente julgadas pelo resultado experimental. Como foi o caso do Higgs: previu-se e observou-se. Isso é boa Física.

Update: De fato, hoje (04/07) o CERN anunciou que "o Higgs foi encontrado", com pompa, circunstância e a cobertura midiática merecida (primeira página da Folha online, imagine só!). Como um gráfico vale mais que mil palavras, escolho esse aqui da colaboração CMS:

Vocês notam os pontos pretos/linha vermelha que "salta fora" da faixa verde e amarela e formam um pequeno bico? Pois é, esse é o famoso bóson de Higgs.

Os pontos pretos formam um pico centrado próximo a 125 GeV, valor que corresponde à massa do boson de Higgs (para comparação, a massa do próton é de 0.938 GeV). Cada ponto preto vem de uma enorme estatística de dados. Os pontos pretos ficam bem fora da faixa verde, que representa a confiança de de "2 sigmas" (ou 95.45% de certeza). Na verdade, os dados combinados da ATLAS e do CMS colocam o sinal do Higgs praticamente fora de uma "faixa de 5 sigmas", significando que, se os pontos pretos forem "acasos" (flutuações estatísticas), são eventos mais raros que um em três milhões.

Ao que tudo indica, isso é realmente o bóson escalar predito pelo Modelo Padrão (exceto em uma das taxas de decaimento, que é maior que a prevista).

Update II: Um excelente link (em português) com mais detalhes sobre "o que é o Higgs"  (via Ciências e Adjacências do Roberto Belisário).

E um outro link muito bom (de um estudante aqui do IFUSP):
"Entenda o que Deus tem a ver com o boson de Higgs" .


domingo, 13 de maio de 2012

Mães, filhos e correlações

Nesse Dia das Mães, acredito que muita gente tenha passado por uma situação em que o ideal seria "estar em dois lugares ao mesmo tempo". Por exemplo, um casal às vezes tem que decidir com "qual mãe" passará o Dia das Mães. Na casa da mãe do marido? Com a mãe da esposa? Faz-se um rodízio ano a ano? Tenta-se  fazer uma grande reunião com as duas mães?

Essa última solução parece perfeita se nem a esposa nem o marido tem irmãos casados pois nesse caso, os irmãos estarão enfrentando o mesmo dilema. Na brincadeira (mas não muita), chamei isso de o "dilema do Dia das Mães". Imagine o seguinte: M mães que tem, juntas, N=N_1+N_2+...+N_M filhos. A pergunta: é possível que todos os filhos estejam com suas mães ao mesmo tempo e ao mesmo lugar?

Bom, vamos lá então. A solução mais óbvia é quando os filhos de mães diferentes são independentes entre si (por exemplo, são todos solteiros). Por exemplo, digamos que temos três mães, cada uma com dois filhos (M=3, N=6), um homem e uma mulher. Se os filhos forem solteiros, a coisa fica simples: cada par de filhos passa o Dia das Mães com sua respectiva mãe e tá resolvido o assunto (como representado na figura abaixo):

A coisa muda de figura quando os filhos se casam. Em linguagem emprestada da estatística, dizemos que, nesse caso, o passa a haver correlação entre os filhos de mães diferentes. Se os filhos/filhas do exemplo anterior forem casados entre si (três pares), os casais tem que decidir em qual casa passarão o Dia das Mães. Se as esposas vencerem a discussão, a solução fica algo do tipo:


Obviamente essa solução não é ideal já que as mães dos maridos podem ficar chateadas. A única solução razoavelmente boa para todos para esse "problema de fihos correlacionados" é criar uma grande reunião com as três mães e os 6 filhos! Ou seja, é preciso uma solução coletiva, que envolva todo mundo. No exemplo acima, seria um esquema que envolvesse as três mães (mesmo que em instantes diferentes):


O interessante é que esse  tipo de comportamento coletivo ocorre com relativa frequência em sistemas físicos onde existem correlações entre componentes do sistema.  Nesses casos, as "soluções de corpos independentes" (como a da primeira figura acima) não são possíveis e as soluções "aceitáveis" são estados coletivos (como a última figura).

Chamamos esses de "sistemas fortemente correlacionados" e eles aparecem em vários tópicos de pesquisa de ponta em pesquisa de Física teórica. Esse exemplo do "dilema do Dia das Mães", apesar de aparentemente simples, ajuda a entender porque a introdução de correlações no sistema leva ao aparecimento de "soluções coletivas" em materiais como supercondutores, hélio líquido, manganitas, pontos quânticos, dentre outros.

De qualquer modo, com correlações ou sem correlações, um Feliz Dia das Mães!

sexta-feira, 23 de março de 2012

As torcidas, em números

Esses dias, uma notícia me chamou a atenção: falava de um relatório da Pluri consultoria sobre o tamanho das torcidas no Brasil. O resultado é mais ou menos condizente com o que pesquisas anteriores tem mostrado consistentemente: Flamengo tem a maior torcida, seguido de perto pelo Corinthians. São Paulo e Palmeiras brigam pela terceira posição.

Isso, na verdade, todo mundo sabe, está na boca do povo. O que não está na boca do povo são os números. E essa pesquisa da Pluri (disponível na íntegra aqui) é rica em números: estimativa de números de torcedores, renda, potencial de compra. E esses números, baseados em pesquisa própria e em dados do IBGE (PNAD, imagino) trazem algumas curiosidades:
  • A torcida do Corinthians em São Paulo (em torno de 14,1 milhões de pessoas) é quase o dobro do tamanho da torcida do Fla no Rio (7,5 milhões).
  • Por outro lado, o número de flamenguistas fora do Rio (21,7 milhões) é quase o dobro do número de corinthianos fora de SP (11 milhões).
  • Mais: em SP, o número de Corinthianos é aproximadamente igual à soma das torcidas de São Paulo (8,4 milhões) e Palmeiras  (5,5 milhões).
A tabela completa com os 20 maiores (sim, o Cruzeiro está na frente do Galo):
(Fonte: Pluri Consultoria)
E o que isso importa? Ora, o que importa é o que está em jogo no futebol moderno: dinheiro. Maior torcida se traduz em maior potencial de consumo. Logo, maior interesse de anunciantes, maiores cotas de TV, etc.

E para os que acham que "corinthiano é pobre", a pesquisa traz uns dados interessantes:
  • A renda média por torcedor do Corinthians (R$ 761) é maior que as rendas médias por torcedor de São Paulo (R$ 743), Palmeiras (R$ 722) e Flamengo (R$ 648).
  • As maiores rendas médias são dos torcedores de Florianópolis: Avai (R$895) e Figueirense (R$ 891).
(Fonte: Pluri Consultoria)
E quanto o torcedor está disposto a gastar com o time?
  • A Pluri define um "potencial de consumo", que depende i) da renda mensal, ii) do quanto da renda o torcedor está disposto a gastar com futebol e iii) da "oportunidade de consumo", ou seja, se o torcedor mora no mesmo estado do time, ele terá mais oportunidades para gastar esse dinheiro. 
  • Definido esse índice, eles mostram que o "potencial de consumo" total da torcida do Corinthians é mais de 50% maior que o de São Paulo ou Flamengo e mais que o dobro do que o do Palmeiras.
  • Mesmo normalizado pelo número de torcedores, o "potencial de consumo" de cada torcedor corinthiano (R$ 17.94) é maior que o do torcedor são-paulino (R$ 17.88), embora aí a diferença seja pouca.
(Fonte: Pluri Consultoria)

 Acho que agora fica claro por que você tende a ver na TV jogos do Corinthians mais do que de qualquer outro time.

quinta-feira, 8 de março de 2012

Porque São Paulo precisa de um super-aeroporto

Em minha recente viagem tive 3 horas de escala em Chicago. Como ocorre toda vez que passo por lá (ou por Atlanta), me perguntei "por que São Paulo (ou, o Brasil) não tem um aeroporto assim? Não seria razoável construir um desse tamanho ou adicionar um super-terminal como fez a China?"

Bom, acho que o primeiro passo para tentar entender o porquê é saber, por exemplo, quão maior é o aeroporto de Chicago (ORD para os íntimos) em relação a Guarulhos (GRU). Os sites da Wikipedia (ORD e GRU) nos dão uma ajuda:
  • Em 2011 passaram por ORD cerca de 70 milhões de passageiros enquanto que em GRU o número é da ordem de 30 milhões. Isso faz de ORD o 4o. mais movimentado no mundo, enquanto que GRU não entra nem nos top 30.
  • ORD tem 7 pistas, 4 delas construídas com concreto (mais resistentes) enquanto que GRU tem apenas duas pistas de asfalto.
  • ORD tem, na prática, 5 terminais com 182 portões de embarque. GRU tem 2+1 terminais com 61 portões.
"Ok, então o aeroporto de Chicago é grande", você pode dizer. "Mas nós precisamos de um aeroporto assim? Há demanda para um aeroporto desse porte para justificar o investimento?" Os números falam por si:

Número de passageiros por ano (em milhões):
Ano Chicago O'Hare Guarulhos
2003 69.511.6
2004 75.512.9
2005 76.615.8
2006 76.315.7
2007 76.218.8
2008 70.820.4
2009 64.421.7
2010 67.026.7
201170 (est)30.0


Enquanto que o volume de passageiros permaneceu estável em ORD em torno de 70 milhões, em GRU o volume simplesmente triplicou em uma década! Não é à toa que a rodoviária de SP pareça menos cheia do que GRU em um dia movimentado.

Nesse ritmo de crescimento (ou até mesmo um ritmo menor), é bem razoável supor que, sim, precisamos urgentemente de um aeroporto que comporte com tranquilidade um volume de, pelo menos, 50 milhões de passageiros por ano. E isso sem falar em Copa ou Olimpíada.

terça-feira, 6 de março de 2012

Diário de Viagem: APS March Meeting 2012

Estou de volta do APS March Meeting, em Boston.

Alguns highlights:

- O primeiro dia foi marcado por uma concorrida sessão de "invited talks" em isolantes topológicos. Mais especificamente, a busca por fermions de Majorana em sistemas de matéria condensada.

Eu cheguei um pouco antes da sessão e consegui um lugar num dos cantos da sala. Bom para mim porque a sala ficou completamente lotada. No seminário mais aguardado, o de Leo Kouwenhoven (Delft), a lotação era tanta que o pessoal ocupava qualquer espaço disponível (vi pelo menos dois professores de Harvard sentados no chão perto do palestrante!).

Kouwenhoven não decepcionou: depois de apresentar vários dados, seu último slide perguntava: "Did we find Majorana fermions? The answer is a cautious... yes." E a sala irrompeu em aplauso.

O interessante é que o grupo de David Goldhaber-Gordon em Stanford já havia postado no arXiv um paper em que revelavam assinaturas de Majorana fermions em junções Josephson com supercondutores e isolantes topológicos. Será interessante comparar os dois papers.

- Vi várias sessões de grafeno também. A moda agora são substratos (ou até heteroestruturas) usando Nitreto de Boro hexagonal. Pelo fato de terem parametro de rede e simetria parecidos com grafeno, esses subtratos são bem melhores que os de oxido de Silício tradicionais, especialmente em termos de reduzir os efeitos de disordem nas propriedades eletrônicas do grafeno.

- Mas isolantes topológicos dominaram a cena. Na concorrida sessão do Buckley prize, tivemos seminários convidados dos "hot shots" do momento: Charles Kane (University of Pennsylvania), Laurens Molenkamp (Wurzburg) [que, por sinal, veio ao Brasil em maio] e Shou-Cheng Zhang (Stanford).

***
O lugar: Apesar do frio, Boston é uma cidade muito charmosa e elegante. O sistema de metrô é eficiente, apesar de antigo (para quem está acostumado com a linha amarela em SP, os trens e Boston parecem ter saido da década de 30!). Por exemplo: metrô é o meio mais eficiente para ir e vir do aeroporto. Algo a se pensar, já que pode-se gastar 5 horas para chegar da USP ao aeroporto de Guarulhos em um dia de tráfego mais intenso...

No geral, é uma cidade bastante cosmopolita, com algumas das melhores universidades do mundo (embora, tecnicamente, Harvard e MIT fiquem em Cambridge, Massachusetts, algo que os habitantes de Cambridge fazem questão de lembrar) com inúmeras opções de restaurantes (frutos do mar são a especialidade). Bastante agradável, mesmo para quem não está acostumado a neve em Março...

domingo, 12 de fevereiro de 2012

Diário de viagem: Recent Progress in Many-body Theories

Depois de uma longa pausa, volto a blogar. Aproveito para inaugurar a seção "Diário de viagem", onde relato viagens a conferências/visitas a outros grupos, etc.

Em dezembro, participei de uma conferência ("Recent Progresses in Many-Body theories") sobre teorias de sistemas de muitos corpos na simpática Bariloche. Bariloche foi uma escolha natural para essa conferência uma vez que abriga o Centro Atômico de Bariloche (CAB), um centro de excelência em pesquisa em Física e referência na América Latina.

A conferência foi (muito bem) organizada por membros do Grupo de Teoria de Estado Sólido do CAB (Karen Hallberg, Pablo Cornaglia, Gonzalo Usaj e Daniel Garcia). Já conhecia Pablo e Gonzalo mas Karen conhecia apenas de nome (ela é autora de um famoso review em DMRG, uma das técnicas numéricas que uso em minha pesquisa).

A Conferência foi ótima, com excelentes palestras e um time de primeira linha de palestrantes. Vários "hot shots" de teoria em sistemas correlacionados (Antoine Georges, Gabi Kotliar, Mathias Vojta, Yigal Meir [o do famoso paper em transporte eletrônico, já com mais de 1000 citações]), bem como nomes de DMRG (Uli Schollwök, Adrian Feiguin, Peter Schmitteckert) e NRG (Thomas Pruschke). De brasileiros, encontrei o prof. Sílvio Vitiello, da Unicamp e alguns alunos. Na verdade, pensei que haveria mais, por ser na Argentina mas imagino que o fato de a conferência ter acontecido no final do nosso semestre letivo atrapalhou um pouco.

Após a conferência, houve uma escola no final de semana. Escolas são ótimas, principalmente para alunos, porque permitem palestras mais básicas e acessíveis, o que, em geral, nos dá um panorama geral do assunto. Aprendo coisas novas mesmo nas palestras de tópicos que trabalho (DMRG dependente do tempo e NRG). Alás, Thomas Pruscke ministrou a palestra de NRG usando apenas giz e quadro negro, algo que, nessa era de PowerPoint, traz um simbolismo importante e não é para qualquer um.

Uma palestra que me chamou atenção foi do grupo de Antoine Georges na França. Eles fazem uma combinação de métodos de primeiros princípios (DFT) com métodos de campo médio dinâmico, típico de sistemas fortemente correlacionados. Sistemas de elétrons fortemente correlacionados são, historicamente, um desafio para DFT: funcionais como LDA ou GGA tem sérios problemas nesses sistemas. A idéia deles é tentar contornar essas limitações de DFT combinando os dois métodos.

***
O lugar: Bariloche é um lugar fantástico e que vale a pena ser visitado. O problema, por enquanto, é chegar na cidade. As cinzas vindas das erupções de baixo nível do vulcão Puyehue no Chile tem atrapalhado bastante a vida de quem mora lá. Inclusive, por conta dos sucessivos fechamentos do espaço aéreo causados pelas cinzas, eles decidiram fechar o aeroporto para reforma. Enquanto isso, para chegar a Bariloche, é preciso voar para lugares próximos como Esquel ou Neuquen e a companhia aérea providencia um ônibus para Bariloche. Na verdade, é uma bonita viagem de 4 a 5 horas pela patagônia argentina, com belas paisagens.

Mas chegando a Bariloche, tudo vale a pena... bom, para você ter uma idéia, essa era a vista da janela do hotel.