sábado, 21 de maio de 2016

Pint of Science - São Carlos - 23 a 25 de maio - 19h30



ESTAREI LÁ SURFANDO NAS ONDAS GRAVITACIONAIS



Da geladeira ao espaço sideral

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 18 de maio de 2016


Os materiais utilizados em ímãs de geladeira geram campos magnéticos fracos, porém suficientes para prendê-los à superfície do refrigerador. (foto: adaptado de Sarnil Prasad / Flickr / CC BY 2.0)

Na geladeira, no porta-retratos ou no fecho de uma bolsa, quase todo mundo utiliza estes pequenos objetos em seu cotidiano: os ímãs ou magnetos são materiais capazes de gerar campo magnético e de interagir com outros materiais magnéticos, além de cargas elétricas em movimento. Os pequenos ímãs que usamos para colar recados nas geladeiras ou aqueles com telefones e propagandas de deliveries são feitos de uma mistura de materiais plásticos (polímeros) e óxidos de ferro (ferritas). Eles geram pequenos campos que magnetizam o metal da geladeira (normalmente uma liga de aço), fazendo com que as partes se atraiam – com essa atração o ímã “gruda” na porta do refrigerador.
Mas existem outros ímãs muito mais poderosos, digamos assim, e que geram altos campos magnéticos. A unidade de campo magnético é conhecida como Tesla (T), em homenagem ao engenheiro sérvio Nikolas Tesla, que inventou vários equipamentos a partir da utilização de campos magnéticos. A unidade Tesla tem um valor muito alto, e o campo do ímã que fixa os avisos na geladeira tem tipicamente 0,01 T. Ímãs mais intensos, como os utilizados em cabeças leitoras dos discos rígidos de computadores, têm intensidade na ordem de 0,1 T. Já as máquinas que fazem imagens por ressonância magnética, utilizadas para diagnóstico médico, geram campos na ordem de 2 T – nelas, no entanto, o campo magnético não é gerado por ímãs, e sim por bobinas supercondutoras, materiais que conseguem suportar a passagem de um alta corrente elétrica sem dissipar energia. No meu laboratório de pesquisa, há bobinas supercondutoras para até 9 T e, comercialmente, é possível comprar equipamentos capazes de gerar campos de até 22 T.
A geração de campos magnéticos por correntes elétricas começou a ser observada no começo do século 19, quando o francês André Ampère e o holandês Christian Oersted, de maneira independente, observaram que a agulha de uma bússola era desviada quando se aproximava de um fio pelo qual passava uma corrente elétrica, indicando que haveria alguma conexão entre eletricidade e magnetismo, que até então eram tratados como fenômenos físicos independentes. Alguns anos mais tarde, o físico e químico inglês Michel Faraday descobriu que era possível criar correntes elétricas a partir do movimento de ímãs, o que levou ao desenvolvimento de quase toda a tecnologia que temos hoje para gerar eletricidade. Esses avanços, alguns anos mais tarde, foram consolidados pelo físico escocês James Clerck Maxwell, que mostrou que a própria luz é uma manifestação de campos elétricos e magnéticos.

Magnetismo no espaço

Além de poderem ser observados em pequenos objetos e máquinas construídas pelo homem, os campos magnéticos também estão presentes em escala astronômica. As estrelas, como o Sol, produzem intensos campos, criando ao seu redor o que se chama de magnetosfera.
Representação de uma magnetar
Nesses corpos celestes, os campos magnéticos são produzidos devido ao movimento da matéria estelar que se encontra em altíssimas temperaturas, fazendo com que elementos como hidrogênio e hélio estejam no quarto estado da matéria, conhecido como plasma. Nesse estágio, praticamente todos os elétrons são arrancados dos átomos, fazendo com que o seu movimento crie intensas correntes – o que produz altos campos na superfície estelar. No caso do Sol, são esses campos magnéticos os responsáveis pelo aparecimento das manchas solares, regiões onde ocorre uma redução de temperatura e pressão das massas gasosas do Sol, que podem atingir campos na ordem de 1 T.
Mas existem objetos estelares capazes de produzir campos magnéticos absurdamente altos, como o que ocorre nos pulsares – restos mortais de estrelas gigantes, constituídos apenas por nêutrons. São campos magnéticos na ordem de 100 milhões de Tesla!
Perto deles, o campo magnético produzido pela Terra é quase nada: sua intensidade está na ordem de 0,0001 T, bem menor do que a do ímã de geladeira. Mesmo assim, o campo magnético terrestre é de fundamental importância para o desenvolvimento da vida por aqui. O fato de o planeta possuir um campo magnético impede que partículas com alta energia, vindas do espaço interestelar ou do próprio Sol, atinjam a superfície terrestre, o que poderia ser prejudicial a diversas formas de vida, inclusive a nossa.
Além disso, saiba o leitor, o campo magnético de nosso planeta tem muitas utilidades – ele é suficiente, por exemplo, para orientar a agulha das bússolas. Além dos humanos, outras espécies animais utilizam o magnetismo terrestre para realizar grandes migrações, como acontece com os pássaros e as tartarugas.
Ainda não está totalmente compreendido como as aves conseguem se orientar por um campo magnético tão fraco. A teoria mais aceita é que os fótons da luz solar seriam responsáveis por excitar proteínas presentes na retina do olho de alguns pássaros – os chamados criptocromos. Em outras palavras, os fótons fariam com que elétrons fossem transferidos entre duas moléculas da proteína. Desse processo, resultariam duas moléculas de radicais livres, tendo cada uma um elétron não emparelhado (com spins opostos).

Várias espécies de aves migratórias utilizam o campo magnético terrestre para direcionar seu voo. (foto: Mdk572 / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0)
A sensibilidade ao campo magnético da Terra estaria relacionada ao fenômeno da coerência quântica: porque os radicais livres foram produzidos simultaneamente, os dois elétrons ficam correlacionados, ou seja, o que afeta um afeta o outro instantaneamente. Esse estado de coerência quântica é muito sensível a efeitos de campos magnéticos. A interação com o campo terrestre modificaria a reatividade química das moléculas dos radicais livres, gerando um sinal que seria captado pelo cérebro do pássaro.
Até recentemente, essa hipótese não havia sido comprovada completamente e nem havia uma explicação para a precisão (de cerca de 5o) que os pássaros conseguem com a direção do campo magnético. Um estudo publicado na revista PNAS em abril deste ano mostrou uma investigação detalhada sobre a coerência quântica nos criptocromos. Seus resultados apontam que esse tipo de proteína levaria a longo tempos de coerência – sendo assim, haveria tempo para os pássaros “entenderem" em qual direção deveriam voar.
Estudos como esse mostram que os mecanismos de evolução foram capazes de desenvolver uma sofisticada ferramenta para a detecção de um efeito tão sutil, mas de fundamental importância para a garantia da continuação das espécies.
Não é um tema fascinante? Bem, sou suspeito para falar, pois me dedico há mais de 20 anos ao estudo do magnetismo e das sutilezas de seus efeitos sobre a matéria. Mas isso não me tira a empolgação de cada descoberta!
Adílson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos



Verdades Inventadas

Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 01/04/2016



Em muitas partes do mundo, primeiro de abril é conhecido como o dia da mentira ou dia dos tolos. Existem muitas explicações diferentes para o surgimento da efeméride, mas a brincadeira todo mundo conhece: inventar histórias e pregar peças nos amigos. Em outras palavras, contar histórias inventadas e esperar que as pessoas acreditem nelas, para só depois descobrirem a farsa.
É comum, nesse dia, alguns cientistas fazerem brincadeiras sobre descobertas inacreditáveis. A mais famosa aqui no Brasil foi a história do “Boimate”, publicada como notícia séria pela Veja  em 27 de abril de 1983. A revista brasileira se baseou em uma reportagem da revista científica britânica New Scientist, publicada em 1º de abril de 1983, segundo a qual cientistas alemães tinham fundido células bovinas com as do tomate, criando um ser híbrido que permitiria "tomateiros produzindo filé ao molho de tomate”. Como se diz no jargão jornalístico, houve uma “barriga" nessa notícia. A revista levou dois meses para reconhecer seu erro.
O caso virou uma anedota bem-humorada, e, embora tenha envolvido mentiras, não foi uma fraude, e sim uma brincadeira. Infelizmente, porém, há vários outros casos de mentiras contadas em revistas científicas com o objetivo deliberado de enganar o leitor: as fraudes científicas.
Antes de falar sobre elas, vale lembrar que publicar um trabalho científico com resultados que posteriormente são demonstrados como errados não necessariamente caracteriza uma fraude. Acontece de um resultado ser obtido certa vez por um grupo de cientistas e, depois, não se conseguir reproduzi-lo em nenhum outro laboratório. É comum, também, surgirem resultados que criam o que chamamos de “falso positivo” – em exames clínicos, por exemplo, algumas vezes acontece exatamente isso, o que normalmente é resolvido com uma nova análise.
Entretanto, existem situações nas quais os resultados são deliberadamente fraudados. Embora garantam um sucesso inicial aos seus autores, em geral essas mentiras são logo descobertas por outros pesquisadores que tentam reproduzir o trabalho e, não conseguindo, contestam o original.
 

Dois casos famosos de fraudes científicas

Duas histórias relativamente recentes se tornaram famosas na questão da fraude de resultados científicos. Em dezembro de 2005, descobriu-se que os resultados dos trabalhos do pesquisador coreano Woo-Suk Hwang, na época diretor do Centro Nacional de Células-Tronco da Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul, eram falsos. Nos anos de 2004 e 2005, ele publicou artigos na revista Science relatando, pela primeira vez na história, a clonagem de embriões humanos com o objetivo de extrair células-tronco.
A fraude foi descoberta a partir de denúncias dos métodos não éticos que ele utilizava para conseguir os óvulos para produzir embriões – obtê-los de uma de suas assistentes. Em seguida, investigações feitas por uma comissão da própria universidade coreana mostraram que os dados eram falsos e fabricados intencionalmente. Os pesquisadores daquele grupo não haviam ainda clonado embriões humanos: como o cientista coreano tinha certeza de que iria atingir o objetivo desejado, mandou o artigo para publicação antes de obter de fato o resultado. O desejo por garantir a primazia da descoberta o levou a tal atitude.
Na área de física, ficou famoso, em 2001, o caso do pesquisador alemão Jan Hendrick Schön, que trabalhava nos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos. Ele foi demitido por ter fraudado dados em 16 de 24 artigos publicados entre 1999 e 2001. Os temas incluíam transistores feitos a partir de uma única molécula e supercondutividade em esferas de carbono – assuntos realmente quentes e inovadores no mundo da física. Se todos os resultados de Schön fossem verdadeiros, ele teria iniciado uma revolução na nanotecnologia e na eletrônica. Ironicamente, por esses falsos resultados ele ganhou diversos prêmios acadêmicos antes que a farsa viesse a público.
 fraude foi descoberta quando alguém reparou que os gráficos que apareciam nos artigos eram semelhantes, ainda que tratassem de assuntos completamente diferentes. As investigações mostraram que os dados eram forjados e os artigos acabaram sendo excluídos das revistas nas quais foi publicado, como Nature, Science e Physical Review Letters (a mais importante da área da física).
Pernas curtas
O fato de ocorrerem fraudes na ciência levanta a questão de como os resultados são aceitos para publicação nas revistas científicas. Quando um artigo é submetido a publicação, normalmente ele é enviado para um ou dois especialistas da área, que fazem uma avaliação dos conteúdos. Na física, em particular, resultados espetaculares necessitam de comprovações sólidas e explicações coerentes baseadas em modelos vigentes ou que apresentem novas ideias que possam ser verificadas por experimentos independentes. Os pareceristas verificam a coerência dos dados apresentados e, eventualmente, solicitam novas evidências. Contudo, por mais que seja um sistema rigoroso, nem sempre esse tipo de análise garante que os resultados sejam de fato verdadeiros e coerentes.
Em muitas situações, ocorre o que chamamos de artefato experimental: o equipamento produz um resultado errado e os pesquisadores não percebem. Quando se trata de experimentos corriqueiros de laboratórios, é relativamente fácil tentar reproduzir o resultado, mas, quando estamos falando de experimentos em grandes laboratórios, como o Grande Colisor de Hádrons (LHC) ou o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser  (Ligo), fica mais difícil.
Em setembro de 2011, foram divulgados resultados do experimento Opera, no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), na Suíça. Segundo eles, neutrinos produzidos no experimento viajaram por 730 km embaixo da terra, até o detector do Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália. Os resultados que os cientistas obtiveram mostravam que essas partículas – que praticamente não têm massa – viajaram mais rápido que a luz, mostrando que a Teoria da Relatividade de Einstein estava errada. Posteriormente, os cientistas desmontaram e remontaram todos os equipamentos e descobriram que um cabo mal conectado tinha levado ao erro na medida.
Cientistas erram, às vezes por equívocos e falta de rigor nos experimentos, outras por agirem de má fé com o objetivo de alcançarem a glória mais facilmente. Porém, como diz o ditado popular, a mentira tem pernas curtas e por isso não pode ir muito longe. Cedo ou tarde será descoberta. 

Adílson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos