Começa Com Um Estrondo

Finalmente, os físicos entendem de onde vem a massa da matéria

Das escalas macroscópicas às subatômicas, os tamanhos das partículas fundamentais desempenham apenas um pequeno papel na determinação dos tamanhos das estruturas compostas. Para os prótons, os quarks mal desempenham um papel na determinação de sua massa. (MAGDALENA KOWALSKA / CERN / EQUIPE ISOLDE)

A resposta não tem nada a ver com o bóson de Higgs.

Neste Universo, existem muito poucas propriedades fundamentais que não podem ser derivadas de algo mais simples. As regras que regem os sistemas biológicos estão enraizadas em interações químicas, ligações e voltagens aplicadas. As regras da química podem ser derivadas de leis físicas mais fundamentais que governam todas as partículas. E se você retirar os componentes de qualquer sistema físico, eventualmente chegará às descrições mais simples da realidade que conhecemos: as partículas e interações que compõem toda a nossa realidade conhecida. Embora todas as partículas que existem tenham suas próprias propriedades específicas e únicas, existem apenas algumas que as definem, como massa, carga elétrica, carga de cor e hipercarga fraca. No entanto, por que as partículas têm as propriedades que têm não é totalmente compreendido; os valores de as constantes fundamentais por trás do Universo não pode ser derivado de nada atualmente conhecido.

Os valores das constantes fundamentais, como eram conhecidos em 1998, e publicados no livreto de 1998 do Particle Data Group. (PDG, 1998, BASEADO EM E.R. COHEN E B.N. TAYLOR, REV. MOD. PHYS. 59, 1121 (1987))

Por milhares de anos, a humanidade procurou os menores e mais fundamentais blocos de construção da natureza. Desde os tempos antigos, conjecturamos que haveria algumas entidades menores e indestrutíveis que compunham tudo o que existe. A palavra grega ἄτομος, de onde obtemos nossa palavra átomo, significa literalmente indivisível, e ainda os próprios átomos podem ser divididos ainda mais: em prótons, nêutrons e elétrons. Os elétrons são realmente incortáveis, mas prótons e nêutrons podem ser ainda mais fragmentados: em quarks e glúons.

Os quarks, antiquarks e glúons do modelo padrão possuem uma carga de cor, além de todas as outras propriedades como massa e carga elétrica. Todas essas partículas, até onde podemos dizer, são realmente pontuais e vêm em três gerações. Em energias mais altas, é possível que ainda existam tipos adicionais de partículas. (E. SIEGEL / ALÉM DA GALÁXIA)

Só aqui chegamos às partículas verdadeiramente indivisíveis que compõem a maior parte da massa do mundo. As partículas do Modelo Padrão – e as formas como elas se unem – nos levam à nossa compreensão mais profunda da realidade.

No entanto, se dermos uma olhada no próton (feito de dois quarks up e um down) e no nêutron (feito de um quark up e dois down), surge um quebra-cabeça. Os três quarks dentro de um próton ou nêutron, mesmo quando somados, compreendem menos de 0,2% das massas conhecidas dessas partículas compostas. Os próprios glúons não têm massa, enquanto os elétrons têm menos de 0,06% da massa de um próton. O todo da matéria, de alguma forma, pesa muito, muito mais do que a soma de suas partes.

Uma melhor compreensão da estrutura interna de um próton, incluindo como os quarks e glúons do mar são distribuídos, foi alcançado por meio de melhorias experimentais e novos desenvolvimentos teóricos em conjunto. Esses resultados também se aplicam a nêutrons e ajudam a explicar a “falta” de 99,8% da massa do próton. (LABORATÓRIO NACIONAL DE BROOKHAVEN)

O Higgs pode ser responsável pela massa restante desses constituintes fundamentais da matéria, mas o todo de um único átomo é quase 100 vezes mais pesado do que a soma de tudo o que o compõe. A razão tem a ver com uma força que é muito contra-intuitiva para nós: a força nuclear forte. Em vez de um tipo de carga (como a gravidade, que é sempre atrativa) ou dois tipos (as cargas + e - do eletromagnetismo), a força forte tem três cargas coloridas (vermelho, verde e azul), onde a soma das três cargas é incolor.

Além disso, existem três anti-cores: ciano (anti-vermelho), magenta (anti-verde) e amarelo (anti-azul), e qualquer combinação de cor-anticor também é incolor. É por isso que você pode ter bárions (feitos de 3 quarks) ou mésons (feitos de combinações de quarks/antiquarks): porque a natureza precisa que seu objeto completo e encadernado seja incolor.

Tubos de fluxo de cor produzidos por uma configuração de quatro cargas estáticas de quarks e antiquarks, representando cálculos feitos em rede QCD. Os tetraquarks foram previstos muito antes de serem observados pela primeira vez, mas só podem existir por causa de sua natureza incolor. (PEDRO.BICUDO OF WIKIMEDIA COMMONS)

A forma como os quarks se ligam aos prótons é fundamentalmente diferente de todas as outras forças e interações que conhecemos. Em vez de a força ficar mais forte quando os objetos se aproximam – como as forças gravitacionais, elétricas ou magnéticas – a força atrativa cai para zero quando os quarks se aproximam arbitrariamente. E, em vez de a força ficar mais fraca quando os objetos se afastam, a força que puxa os quarks de volta fica mais forte à medida que se afastam.

Essa propriedade da força nuclear forte é conhecida como liberdade assintótica, e as partículas que mediam essa força são conhecidas como glúons. De alguma forma, a energia que une o próton, os outros 99,8% da massa do próton, vem desses glúons.

A estrutura interna de um próton, com quarks, glúons e spin de quarks mostrados. A força nuclear age como uma mola, com força desprezível quando não esticada, mas grandes forças atrativas quando esticada a grandes distâncias. É essa força, não a massa de repouso dos quarks, que dá ao próton sua massa. (LABORATÓRIO NACIONAL DE BROOKHAVEN)

Por causa de como a força nuclear forte funciona, existem grandes incertezas sobre onde esses glúons estão realmente localizados em qualquer momento. Atualmente temos um modelo sólido da densidade média de glúons dentro de um próton, mas precisamos de melhores dados experimentais e modelos mais informados para saber onde eles estão em um determinado momento.

Mas mesmo com todas as coisas que não sabemos, um quebra-cabeça está finalmente sendo resolvido: como calcular a massa esperada não apenas do próton, mas de todos os núcleos atômicos, com base apenas no conteúdo de quarks. A força nuclear forte é responsável por uma série de propriedades incríveis da natureza, incluindo:

como prótons e nêutrons se unem para formar núcleos atômicos,
por que diferentes elementos têm diferentes proporções de massa por núcleon,
como e a que taxa ocorrem as reações nucleares no Sol,
e por que ferro, níquel e cobalto são os elementos mais estáveis.

Ferro-56 pode ser o núcleo mais fortemente ligado, com a maior quantidade de energia de ligação por nucleon. Para chegar lá, porém, você tem que construir elemento por elemento. O deutério, o primeiro degrau dos prótons livres, tem uma energia de ligação extremamente baixa e, portanto, é facilmente destruído por colisões de energia relativamente modesta. (WIKIMEDIA COMMONS)

A parte difícil com a teoria quântica de campos que descreve a força forte – cromodinâmica quântica (QCD) – é que a abordagem padrão que adotamos para fazer cálculos não é boa. Normalmente, observamos os efeitos dos acoplamentos de partículas: os quarks carregados trocam um glúon e isso medeia a força. Eles podem trocar glúons de uma maneira que cria um par partícula-antipartícula ou um glúon adicional, e isso deve ser uma correção para uma simples troca de um glúon. Eles poderiam criar pares ou glúons adicionais, que seriam correções de ordem superior.

Chamamos essa abordagem de expansão perturbativa na teoria quântica de campos, com a ideia de que calcular contribuições de ordem superior e superior nos dará um resultado mais preciso.

Hoje, os diagramas de Feynman são usados no cálculo de todas as interações fundamentais abrangendo as forças forte, fraca e eletromagnética, inclusive em condições de alta energia e baixa temperatura/condensadas. Ir para uma ordem de loop mais alta, no entanto, esbarra em um problema terrível nas interações fortes; esta abordagem perturbativa é muitas vezes mal sucedida. (DE CARVALHO, VANUILDO S. ET AL. NUCL.PHYS. B875 (2013) 738–756)

Mas essa abordagem, que funciona tão bem para a eletrodinâmica quântica (QED), falha espetacularmente para a QCD. A força forte funciona de maneira diferente e, portanto, essas correções aumentam muito rapidamente. Adicionar mais termos, em vez de convergir para a resposta correta, diverge e afasta você dela.

Felizmente, há outra maneira de abordar o problema: de forma não perturbadora, usando uma técnica chamada QCD de Malha . Ao tratar o espaço e o tempo como uma grade (ou rede de pontos) em vez de um continuum, onde a rede é arbitrariamente grande e o espaçamento é arbitrariamente pequeno, você supera esse problema de maneira inteligente. Enquanto no QCD perturbativo padrão, a natureza contínua do espaço significa que você perde a capacidade de calcular as forças de interação em pequenas distâncias, a abordagem da rede significa que há um corte no tamanho do espaçamento da rede. Quarks existem nas interseções das linhas de grade; glúons existem ao longo dos links que conectam os pontos da grade.

À medida que o poder computacional e as técnicas Lattice QCD melhoraram ao longo do tempo, também aumentou a precisão com que várias quantidades sobre o próton, como suas contribuições de spin componentes, podem ser calculadas. (LABORATÓRIO DE FÍSICA DE CLERMONT / COLABORAÇÃO ETM)

Contanto que você tenha poder de computação suficiente, você pode recuperar as previsões de QCD com a precisão que desejar, simplesmente diminuindo o espaçamento da rede, o que custa mais em termos de poder computacional, mas melhora sua precisão de cálculo. Nas últimas três décadas, essa técnica levou a uma explosão de previsões sólidas, incluindo as massas de núcleos leves e as taxas de reação de fusão sob condições específicas de temperatura e energia. A massa do próton, a partir de primeiros princípios, agora pode ser prevista teoricamente para dentro de 2% .

A teoria da liberdade assintótica, descrevendo a força das interações dos quarks dentro de um núcleo, valeu um Prêmio Nobel para Wilczek, Politzer e Gross. A troca de glúons é responsável por 99,8% da massa do próton e do nêutron. (WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO QASHQAIILOVE)

Lattice QCD não está apenas nos ensinando como as interações fortes levam à esmagadora maioria da massa de matéria normal em nosso Universo, mas tem o potencial de nos ensinar sobre todos os tipos de outros fenômenos, de reações nucleares à matéria escura.

Mais tarde hoje, 7 de novembro , professor de física Phiala Shanahan estará entregando uma palestra pública do Perimeter Institute , e faremos o blog ao vivo aqui às 19:00 ET / 16:00 PT. Você pode assista a conversa aqui, e acompanhe meu comentário abaixo. Shanahan é especialista em física teórica nuclear e de partículas e especializada em trabalho de supercomputadores envolvendo QCD, e estou muito curioso para saber o que mais ela tem a dizer.

Sintonize hoje à noite para descobrir!

(Blog ao vivo para ser executado abaixo começando em 15h50 ; todos os horários em negrito fornecidos no fuso horário do Pacífico.)

15h50 : Tudo bem! Estamos aqui e estamos prontos para começar. Antes de fazermos isso, porém, alguns de vocês podem estar se perguntando por que precisamos do Lattice QCD e como isso difere de um cálculo padrão que você realizaria em qualquer outra teoria quântica de campos. Afinal, as técnicas padrão de QFT são bem conhecidas, bem compreendidas e baseadas em diagramas de Feynman. Você pode tê-los visto antes.

15h54 : A maneira como esses diagramas funcionam é que eles ajudam você, uma vez que você calcula suas contribuições, calcula uma contribuição para o efeito geral que você está tentando entender. Quão forte é uma interação de espalhamento elétron-fóton? Quão forte é uma interação quark-glúon? A abordagem é adicionar progressivamente mais e mais termos com mais e mais loops, vértices e partículas, aproximando-se cada vez mais da resposta real.

15h57 : Mas há um limite para a precisão que você pode alcançar. Você está acostumado com séries matemáticas que convergem, como 1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16… e assim por diante. Essa série converge para 1 e, se você somar um número infinito de termos, essa é a resposta.

Mas também há outro tipo de série que pode convergir ou divergir: uma série assintótica, como a/2 + b/4 + c/8 + d/16… e assim por diante, onde a letra pode ser qualquer constante. Em alguns casos, sua série convergirá; em outros, eles irão divergir. Em teorias de campo quântico como QED, eles divergem, mas apenas depois de 1.000 termos. Mas em QCD, a teoria da interação forte, eles começam a divergir super rápido, como no termo #2.

Uma visualização do QCD ilustra como os pares partícula/antipartícula saem do vácuo quântico por períodos de tempo muito pequenos como consequência da incerteza de Heisenberg. As abordagens do diagrama de Feynman são menos úteis para QCD do que para QED. (DEREK B. LEINWEBER)

15h59 : Lattice QCD é uma abordagem totalmente diferente. Em vez de escrever uma série infinita que diverge após algum tempo, que chamamos de perturbador abordagem, esta é uma abordagem computacionalmente pesada que leva um não perturbador aproximação. Se você pudesse obter poder computacional arbitrariamente grande e espaçamento de rede arbitrariamente pequeno, seria capaz de calcular amplitudes, acoplamentos e até massas de partículas compostas com precisão arbitrária. Esse é o poder dessa abordagem e por que estou tão empolgado com essa palestra!

16:00 : Ok, e aqui vamos nós; vamos ver o que está reservado agora que estamos todos aqui!

Heather Clark apresenta a palestrante, Phiala Shanahan, no Perimeter Institute. Minhas desculpas pela escolha terrível na captura de tela. (INSTITUTO PERÍMETRO)

16h02 : Ei, você pode acreditar? É Heather Clark fazendo a introdução, marcando a primeira vez que vejo uma mulher apresentar o palestrante do Perimeter Institute para sua palestra pública. Pode ser uma pequena barreira a ser quebrada, e pode ser quebrada apenas na minha mente, mas ainda estou feliz em vê-la nesse papel!

16h04 : E aqui vamos nós! Ela vai falar sobre uma questão incrivelmente importante e existencial aqui: quais são os blocos de construção fundamentais do Universo? Podemos apontar para o Modelo Padrão, mas isso não faz justiça à coisa toda; podemos ir para subestruturas cada vez mais profundas, e não temos certeza de que atingimos o limite fundamental. Além disso, já sabemos que há mais coisas por aí do que sabemos: matéria escura e energia escura, e talvez ainda mais partículas que podem existir em energias cada vez mais altas. ainda não sabemos.

As massas dos quarks e léptons do modelo padrão. A partícula do modelo padrão mais pesada é o quark top; o não-neutrino mais leve é o elétron. Os próprios neutrinos são pelo menos 4 milhões de vezes mais leves que o elétron: uma diferença maior do que a existente entre todas as outras partículas. No outro extremo da escala, a escala Planck paira em um presságio de 10¹⁹ GeV. Não sabemos quais partículas podem ser mais pesadas que o quark Top. (HITOSHI MURAYAMA DE HITOSHI.BERKELEY.EDU )

16h08 : Sabemos, no entanto, que as partículas do Modelo Padrão têm as propriedades que têm sob as forças forte, fraca e eletromagnética. Conhecemos suas massas de repouso, que é o que chamamos de massa inercial. Observamos que essas massas inerciais parecem ser equivalentes à massa gravitacional que as partículas experimentam quando você as coloca em meio ao tecido do espaço da Relatividade Geral. Mas ainda não entendemos por que, ou se há uma equivalência absoluta aqui.

As partículas e forças do Modelo Padrão. Não foi comprovado que a matéria escura interaja através de nenhum deles, exceto gravitacionalmente, e é um dos muitos mistérios que o Modelo Padrão não pode explicar. (PROJETO DE EDUCAÇÃO FÍSICA CONTEMPORÂNEA / DOE / NSF / LBNL)

16h11 : Se quisermos ir além do Modelo Padrão, e Phiala está apresentando um ponto incrivelmente importante aqui, temos que entender absolutamente o que o Modelo Padrão prevê. E isso significa entender como cada partícula dentro dele se junta, trabalha em conjunto, é criada, destruída, decai, etc. Podemos estar procurando pequenas correções nas previsões do Modelo Padrão, então temos que fazer cálculos incrivelmente detalhados para entender, precisão incrivelmente alta, o que o Modelo Padrão realmente prevê.

16h12 : Estou tão feliz que ela já está no centro de sua palestra, explicando a técnica em grade de Lattice QCD e o desafio de usar a força forte, glúons, quarks e o funcionamento interno dos bárions para tentar entender como essas partículas compostas emergem, permanecem estáveis e como obtêm suas propriedades. (Como massa, por exemplo.)

16h14 : Aqui está um resultado interessante que é novo e que eu não conhecia: a diferença de massa entre um próton e um nêutron, que é cerca de 1,3 MeV/c² (ou cerca de 0,14% da massa de qualquer um), na verdade recebe uma contribuição positiva do forte força e uma contribuição negativa da força eletrofraca! A contribuição positiva da força forte é maior, e é por isso que um nêutron é mais pesado que um próton e pode decair em um (mais e elétron e um antineutrino), mas não o contrário.

16h15 : Phiala disse que a primeira coisa que eu poderia discordar: que os Estados Unidos vão construir um novo colisor de partículas de ponta entre elétrons e íons. Está sendo planejado e espero que seja construído, mas não confio em absolutamente nada no clima político de hoje.

16h17 : É muito importante, se quisermos entender como os prótons funcionam, entender sua estrutura interna. Podemos fazer isso teoricamente e podemos testá-lo experimentalmente por meio de espalhamento inelástico profundo, disparando partículas pontuais individuais neles. É por isso que um elétron-próton ou um colisor elétron-íon é tão importante: para obter os dados experimentais que podem nos dizer como nossas teorias estão indo! Eu realmente gosto de como Phiala está enfatizando a conexão experimento-teoria, em vez de valorizar exclusivamente uma sobre a outra.

16h20 : Aqui estão alguns dos maiores problemas não resolvidos em física teórica:

Por que há mais matéria do que antimatéria?
Qual é a natureza da aparente matéria escura, necessária para manter os aglomerados de galáxias juntos?
Por que o Universo se expande na taxa acelerada que observamos?
E por que as partículas que conhecemos têm as massas que elas têm?

Empolgantemente (para mim), Phiala promete que estaremos nos concentrando em uma grande fração da conversa restante no problema da matéria escura. Não estou ciente de uma conexão com a física nuclear ou QCD, então estou extremamente animado. (Claro, poderia ser apenas uma analogia de supercomputador, em vez de uma analogia de Lattice QCD, mas de qualquer forma estou no jogo.)

Lentes gravitacionais, ampliando e distorcendo uma fonte de fundo, nos permitem ver objetos mais distantes e mais fracos do que nunca. (ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. CALÇADA (ESO), Y. HEZAVEH ET AL.)

16h23 : Há todo um conjunto de evidências que apoiam a existência de matéria escura astrofisicamente, particularmente em grandes escalas. Isso inclui lentes gravitacionais, fortes e fracas, os movimentos de galáxias individuais dentro de aglomerados, a separação de massa visível e massa inferida em colisões de estruturas de grande escala e detalhes cosmológicos no fundo cósmico de micro-ondas e a estrutura em grande escala do Universo. .

Felizmente, ela está colocando muito conhecimento em astrofísica aqui, incluindo detalhes de colisões de aglomerados de galáxias!

Quatro aglomerados de galáxias em colisão, mostrando a separação entre os raios X (rosa) e a gravitação (azul). (RAIO-X: NASA/CXC/UVIC./A.MAHDAVI ET AL. ÓPTICO/LENSING: CFHT/UVIC./A. MAHDAVI ET AL. (CIMA ESQUERDA); RAIO-X: NASA/CXC/UCDAVIS/W. DAWSON ET AL.; ÓPTICO: NASA/ STSCI/UCDAVIS/ W.DAWSON ET AL. (TOP DIREITO); ESA/XMM-NEWTON/F. GASTALDELLO (INAF/ IASF, MILÃO, ITÁLIA)/CFHTLS (BAIXO ESQUERDO); X -RAY: NASA, ESA, CXC, M. BRADAC (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, SANTA BARBARA), E S. ALLEN (UNIVERSIDADE DE STANFORD) (CAIXA DIREITA))

16h25 : Eu realmente gosto dessa ideia que ela está apresentando: que a matéria escura, das quatro forças fundamentais, só pode interagir gravitacionalmente. Ele não interage eletromagneticamente, não interage através da força forte e pode interagir com a força fraca, mas se o fizer, é altamente restrito. A maior parte do que podemos dizer sobre a matéria escura é o que ela não faz e quais modelos de matéria escura são restritos ou descartados.

As forças no Universo, e se elas podem se acoplar à matéria escura ou não. A gravidade é uma certeza; todos os outros são não ou altamente constrangidos não neste nível. (INSTITUTO PERÍMETRO)

16h28 : Você pode criar matéria escura em um laboratório? Claro: colidindo partículas conhecidas umas com as outras e vendo-as simplesmente desaparecer. A matéria escura, por ser tão difícil de detectar, deve ser invisível. Infelizmente, os neutrinos também fazem isso, o que implica que precisaríamos entender muito bem o fundo de neutrinos nas interações partícula-partícula e, em seguida, encontrar um sinal adicional acima do fundo do Modelo Padrão. É por isso que é tão difícil tentar encontrar uma assinatura de matéria escura em colisores; novamente, tudo o que temos são restrições.

16h31 : Se virmos matéria escura em um desses experimentos amanhã, antes que possamos realmente interpretar o que é, precisamos fazer muito mais trabalho para entender a teoria. Este é um grande ponto: os experimentos de detecção direta que estamos realizando, onde esperamos que ocorra uma interação matéria escura-matéria normal ou uma interação matéria escura-matéria escura na presença de matéria normal, não saberão o que fazer com isso se realmente virmos um sinal diferente de zero. Levará uma quantidade enorme de trabalho computacional para chegar lá, e isso é algo que o QCD em treliça pode nos ajudar, mas apenas se tivermos uma dica experimental para nos guiar. Fazer cálculos cegos sem informações adicionais é simplesmente muito caro computacionalmente, mesmo hoje.

Hall B de LNGS com instalações XENON, com o detector instalado dentro do grande escudo de água. Se houver alguma seção transversal diferente de zero entre a matéria escura e a matéria normal, não apenas um experimento como esse terá a chance de detectar a matéria escura diretamente, mas há uma chance de que a matéria escura acabe interagindo com seu corpo humano. (INF)

16h34 : Pense nisso: se uma partícula de matéria escura colidir com um núcleo atômico, ela recuará. Mas muitos dos experimentos, para maximizar a chance de interação, maximizam a seção transversal da partícula, o que significa que eles usam um núcleo pesado. O experimento XENON é um exemplo, mas o que acontece se uma partícula de matéria escura colide com um núcleo de xenônio, com mais de 100 nucleons (prótons e nêutrons) dentro? Você tem um grande desafio de QCD pela frente para entender o que está acontecendo e reconstruí-lo.

Não é um problema bonito, mas é importante. Talvez algum dia tenhamos a sorte de precisar resolver esse problema, porque há um recuo/detecção acima do plano de fundo do Modelo Padrão.

16h35 : Existem outras perguntas mais simples, como qual é o tamanho de um próton? Isso requer avanços computacionais, principalmente porque as previsões teóricas e as observações experimentais discordam no nível de ~4%, com apenas 0,5% de incertezas. Isso é preocupante, certo?!

16h38 : Então o que você pode fazer? Phiala mostrou como o poder computacional está aumentando e, no entanto, mesmo que continue a aumentar a uma taxa exponencial pelo resto de sua vida (e ela tem menos de 30 anos!), não poderemos realizar os cálculos necessários para resolver os problemas ela está se referindo. Isso significa que não precisamos apenas de computadores melhores, precisamos de técnicas melhores. Precisamos de algoritmos superiores, e isso é uma tarefa difícil e desafiadora!

Infelizmente, ela só pode nos dar a motivação para isso, não os próprios algoritmos.

O Four Qubit Square Circuit da IBM, um avanço pioneiro em computação, pode levar a computadores poderosos o suficiente para simular um universo inteiro. Mas o campo da computação quântica ainda está em sua infância. (PESQUISA IBM)

16h39 : Ela está falando sobre o potencial da computação quântica, e poderíamos fazer um tremendo avanço ou usar um pequeno pedaço de computação quântica para levar a um avanço nos problemas que estamos tentando resolver?

Qualquer chefe de tecnologia que esteja ouvindo essa palestra deve estar incrivelmente empolgado com esse ponto; Eu sinto que ela está realmente falando sobre o futuro dos computadores aqui, e não apenas vamos usar um único elétron para armazenar um bit binário, mas vamos calcular o tamanho de um próton com um computador especializado e mais simples do que o genérico supercomputadores que temos hoje.

Ir para escalas de distância cada vez menores revela visões mais fundamentais da natureza, o que significa que, se pudermos entender e descrever as escalas menores, podemos construir nosso caminho para uma compreensão das maiores. (INSTITUTO PERÍMETRO)

16h42 : O modelo padrão resistiu a todos os testes que fizemos… além dos que mencionei. Isso é absolutamente hilário e verdadeiro, e detalha o quão enlouquecedora é a situação atual. Temos o Modelo Padrão que funciona tão, tão bem em todas as áreas que sabemos investigar. Mas nas áreas que não sabemos investigar em termos do Modelo Padrão, há tanta coisa que não entendemos nada.

16h43 : E é isso! Conversa rápida, mas cheia de informações. Hora de perguntas e respostas agora!

Quando a simetria eletrofraca quebra, a combinação de violação de CP e violação do número bariônico pode criar uma assimetria matéria/antimatéria onde não havia antes. (UNIVERSIDADE DE HEIDELBERG)

16h46 : A matéria escura poderia estar relacionada à simetria matéria-antimatéria? É uma pergunta profunda. Existem quatro cenários principais para a assimetria matéria-antimatéria:

Bariogênese em escala GUT,
bariogênese da nova-física-eletrofraca,
leptogênese que produz uma assimetria bariônica através de interações sphaleron,
ou bariogênese baseada em campo escalar através de um mecanismo como Affleck-Dine.

Se houver uma nova física lá, ela pode estar relacionada à física que gera a matéria escura. Tradicionalmente, encaramos esses problemas como problemas separados, mas eles podem estar relacionados.

16h48 : Tão frustrante para ela, mas que resposta honesta! O maior problema que ela quer resolver é o problema do raio do próton. Ela diz que, com um computador com potência suficiente, ela poderia calcular exatamente o raio do próton, e poderíamos saber o que a teoria realmente prevê e se há algo errado com o experimento. Mas sem um computador personalizado ou um algoritmo melhor ou algo novo, ela não poderá resolver muitos dos outros problemas para os quais deseja saber a resposta.

Em termos de quebra-cabeças que o mantêm acordado à noite, esses são muito bons!

16h50 : Uma das coisas que eu amo nesta palestra é que apesar de todas as coisas que não sabemos, não tudo é possível. Há tantas ideias que parecem resolver alguns desses grandes, grandes problemas, mas quase todas já estão descartadas. A razão é que o nível de precisão que conhecemos das leis, regras e propriedades fundamentais da física é tão restrito que é praticamente impossível resolver esses problemas sem algo novo e inovador, que vá além do nosso entendimento padrão atual.

16h51 : E eu concordo completamente com a resposta dela para a última pergunta: construa suas bases em uma ampla variedade de disciplinas se você quiser trabalhar nas questões fundamentais da física teórica. Aprenda programação de computadores. Aprenda um conjunto completo de ciências, da biologia à química, à física e à matemática. Aprenda uma variedade de técnicas; eles se traduzirão em sua caixa de ferramentas para a solução de problemas. E engaje-se em projetos e trabalhe em problemas que lhe interessam e, se puder, nos quais nem todo mundo está trabalhando.

Sua recompensa será uma educação única e um conjunto de ferramentas que podem levá-lo por um caminho que ninguém mais percorreu antes.

Obrigado por sintonizar, e espero que você tenha gostado da palestra e do blog ao vivo!

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .