A Coppe/UFRJ recebeu um bom público em seu auditório, na última quinta-feira, 22 de junho, para a primeira visita virtual, aberta ao público, ao Atlas, experimento de detecção de partículas instalado no Cern, o maior laboratório de física do mundo. Concebido com a contribuição da Coppe, o Atlas desempenhou papel fundamental na descoberta do bóson de Higgs – a chamada “partícula de Deus”.

A visita começou com uma breve palestra, proferida pelo professor José Manoel Seixas, do Programa de Engenharia Elétrica da Coppe, e que coordena, juntamente com o professor Fernando Marroquim (Instituto de Física da UFRJ), a equipe brasileira no Atlas. Em seguida, teve início uma videoconferência, com o pesquisador Denis Damásio, formado pela Coppe, no Atlas Visitor Center. O evento atraiu pessoas de diversas unidades da UFRJ e mesmo de outras instituições, como Furnas. Parte do público chegou cedo ao evento, sendo recepcionada no Espaço Coppe Miguel de Simoni, em seu nicho “A recriação do começo dos tempos”.

A parceria entre a Coppe e o Cern começou oficialmente em 1988, mas a sua origem está na viagem feita no ano anterior pelos professores da Coppe, Zieli Dutra, Luiz Calôba, Jano Moreira, e pelo professor Fernando Marroquim (IF/UFRJ). A partir daí quatro alunos de doutorado seguiram para o Cern, dois dos quais integram o quadro de docentes da instituição:José Manoel Seixas, Cláudia Werner, diretora de Assuntos Acadêmicos da Coppe e professora do Programa de Engenharia de Sistemas e Computação (PESC).

À exemplo da corrida tecnológica aeroespacial, as pesquisas desenvolvidas no Cern, embora tenham seu foco na física básica, resultaram em várias conquistas tecnológicas de uso no dia a dia. A mais famosa dessas contribuições é o protocolo www, que se tornou o padrão para a navegação na internet. A primeira página web do mundo foi desenvolvida no Cern. Além disso, há várias outras aplicações de tecnologias inicialmente concebidas para uso no laboratório: telas touch screen; diagnóstico por imagens de doenças como o câncer de mama (permitindo constatar calcificações de 1 mm) e esquizofrenia; radioterapia, biotecnologia; computação de alto desempenho; criogenia; ímãs supercondutores; dentre outros.

De acordo com Seixas, o Atlas possui quatro partes: tracking chamber (câmara de rastreamento); eletromagnetic calorimeter (calorímetro eletromagnético), hadron calorimeter (calorímetro hadrônico) e muon chamber (câmara de múons). O conjunto de detectores busca eventos físicos de interesse em meio aos 60 terabytes de informação que o Large Hadron Collider (LHC) é capaz de gerar, no Atlas, a cada segundo. “A maior parte é descartada no Atlas pelo processo de filtragem online, que tem participação da Coppe, tanto para a detecção de elétrons, como para a de múons, os principais canais físicos de interesse no LHC”, ponderou o professor.

A maior parte é descartada no Atlas pelo processo de filtragem online, que, hoje, tem participação decisiva da Coppe, tanto para a detecção de elétrons, como para a de múons, os principais canais físicos de interesse no LHC.

Despertando a curiosidade dos futuros colegas

O trabalho feito pelo Atlas e demais conjuntos de detectores  instalados ao longo dos 27 km do LHC permitiu ao Cern, anunciar ao mundo, em 2012, a descoberta do bóson de Higgs, conhecida popularmente como “partícula de Deus”. “Quase cinquenta anos depois de ser previsto pelo físico inglês Peter Higgs,  graças a essas colisões, juntamos estatística suficiente para comprovar a existência do bóson de Higgs, essa partícula que explica a existência de massas diferentes para as demais partículas e, portanto, permite a existência da vida, como a concebemos”, explicou Seixas.

No momento, o LHC gera entre 20 a 25 eventos por cada colisão, pela passagem dos feixes de prótons. Segundo Denis Damazio, são 2.317 pacotes de prótons (isolados a partir de átomos de hidrogênio) de cada lado que colidem a cada passagem de feixe pelo acelerador. Cada colisão gera 13 tera eletron-volts (13 trilhões de elétrons-volt, a unidade de medida utilizada em aceleradores de partículas).

O plano dos pesquisadores é aumentar o número de eventos por colisão para 200, até 2024. “A gente aumenta a estatística de observação de eventos muito raros. O upgrade do Atlas vai aumentar o ‘palheiro’ no qual teremos que procurar essas ‘agulhas’ de 10-21 m”, relatou Seixas.

A apresentação de Denis Damazio despertou a curiosidade do público presente. Houve espectador fazendo perguntas técnicas acerca da obtenção dos prótons e da aceleração dos mesmos, ao passo que alguns estudantes quiseram saber como deveriam se qualificar para futuramente serem colegas de trabalho de Denis, no laboratório europeu.

Ailton Souza, funcionário do Instituto de Pesquisas de Produtos Naturais Walter Mors (IPPN-UFRJ), foi o primeiro a participar das visitas virtuais ao Atlas a ter coragem e curiosidade de perguntar acerca das tensões entre religiosidade e ciência, quando pesquisadores buscam a origem da matéria e a origem da vida. Denis foi hábil em esquivar da polêmica: “trabalham no Cern pessoas das mais variadas origens e das mais variadas crenças. A ciência permite que em um mesmo laboratório trabalhem juntos judeus e muçulmanos, ateus e cristãos, e cheguem juntos a respostas sobre a constituição do universo”, ponderou o pesquisador.

Tecnologias que farão parte do carro do futuro, incluindo os autônomos, já começam a ser projetadas de forma que possam ser implantadas também em automóveis comuns. De acordo com os especialistas, em breve um dos desafios será garantir a segurança na mobilidade em vias sobre as quais estarão circulando, simultaneamente, veículos autônomos, semiautônomos e comuns. No intuito de responder a esse desafio, pesquisadores do Grupo de Teleinformática e Automação (GTA) da Coppe/UFRJ estão desenvolvendo o Sistema de Posicionamento Cooperativo de Precisão (SPCP), cujo objetivo é promover a comunicação entre veículos.

O sistema, que poderá ser instalado em qualquer veículo, tem inúmeras funções como, por exemplo, alertar ao motorista em relação a riscos iminentes, sugerindo medidas a serem tomadas, a exemplo de reduzir a velocidade para evitar um acidente. Dependendo das características do automóvel, o próprio sistema acionará a frenagem e, em seguida, assumirá o controle do acelerador, só devolvendo o comando ao condutor quando a situação estiver normalizada.

Estruturado pelo aluno de doutorado da Coppe, João Batista Pinto Neto, sob a orientação do professor Luís Henrique Costa, do Programa de Engenharia Elétrica (PEE), o SPCP promove, por meio de redes sem fio, a comunicação entre veículos, incluindo dados sobre a infraestrutura ao longo das vias, de forma a manter o motorista informado sobre a necessidade de redução de velocidade e risco de colisão, em um raio de 1 km. O pacote também antecipa informações sobre “fechamento” de sinais (semáforos), curvas acentuadas, ultrapassagens perigosas, entre outros. As informações são atualizadas a cada décimo de segundo.

Sistema brasileiro é uma boa alternativa para carros populares

Por determinação do Departamento de Transportes americano, a partir de 2020, nos EUA, todos os carros terão que sair das montadoras com equipamento para comunicação veicular. Tais equipamentos terão que operar com um mesmo padrão de mensagem que informe localização geográfica, velocidade, altitude e aceleração.

Antecipando a aplicação de novas regras, que em algum momento também terão que ser implementadas no Brasil, o sistema da Coppe foi desenvolvido prevendo o futuro com carros conectados e levando em conta as diferenças de modelos das montadoras automotivas.

O professor Luis Henrique, que coordena o Programa de Engenharia Elétrica da Coppe, diz que o SPCP é uma boa alternativa para os carros mais populares, principalmente quando tiverem a companhia dos veículos autônomos nas ruas. Segundo o professor da Coppe, para monitorar seu posicionamento e distanciamento, o carro autônomo possui ferramentas avançadas com uso de ultrassom, feixe de laser e sensores, que geram informações precisas.

“Como a maioria da população brasileira não terá, inicialmente, condições financeiras de adquirir um veículo como esse, o nosso Sistema de Posicionamento Cooperativo de Precisão torna-se uma opção bem atrativa. Ele poderá ser instalado em qualquer veículo, gerando informações similares e, caso o veículo autônomo também utilize o sistema, haverá maior redução de risco de acidentes até mesmo para ele, uma vez que todos terão a mesma comunicação, a mesma linguagem” afirma o professor da Coppe.

O equipamento a ser instalado nos carros é denominado unidade de bordo. Ele analisa as circunstâncias na pista de forma que as informações cheguem filtradas no visor da tela, disparando o alerta quando houver risco real de acidente. O monitoramento é feito em relação aos veículos que estão na mesma direção, seja na mesma pista ou na faixa ao lado, e também nos que transitam nas faixas de sentido contrário. “O sistema alertará o motorista sobre riscos que estejam ao seu redor ou daqueles que ele mesmo possa gerar. Ao ameaçar uma ultrapassagem, por exemplo, o alerta poderá disparar caso tenha possibilidade de colisão com um carro que trafegue na faixa ao lado, independente do sentido”, explica João Batista.

Saiba mais sobre o sistema brasileiro

De acordo com o aluno da Coppe, o sistema foi configurado de forma que o proprietário possa alterar alguns itens do veículo como, por exemplo, suas dimensões que podem ser as originais de fábrica ou alteradas como, por exemplo, ao engatar um reboque para transporte de outro veículo ou uma lancha. Estas alterações das dimensões interferem nos cálculos do sistema para situações de manobra e também nas informações geradas para os outros carros.

“O sistema está apto a fornecer outras informações como condições do tempo, que pode afetar a visibilidade do motorista, pista molhada e até queda de barreiras. Para tanto, é necessário que tenha unidades de acostamentos instaladas ao longo das vias, com acesso à Internet para gerar essas informações” conclui o aluno da Coppe.

Embora utilize o GPS comercial autônomo, o sistema é original por acrescentar geometrias elíptica e esférica, o que dá precisão às informações, independente do risco de o veículo estar na mesma via ou em ruas transversais. “O GPS comercial autônomo comete erro típico de até 10 metros de posicionamento, que não atende a precisão requerida para segurança veicular. Com a introdução das ferramentas que desenvolvemos para o SPCP, a precisão do posicionamento foi aumentada, convergindo para os limites tolerados para aplicações de segurança veicular”, explica João Batista.

Os equipamentos que farão parte da infraestrutura são denominados unidades de acostamento. Esses poderão ser acoplados a sinais de trânsito, possibilitando informar o motorista o instante que ele deve iniciar a frenagem para parar o veículo com segurança no cruzamento, caso o sinal esteja fechado. Essa informação é importante principalmente para veículos que estiverem atrás de ônibus e caminhões, que dificultam a visão. Outras unidades de acostamento poderão ser instaladas em curvas para evitar a saída da pista por velocidade excessiva, ou ainda para indicar ao motorista o quanto tem que reduzir, em frente a colégios, hospitais e outros lugares que requerem redução de velocidade.

Para evitar problemas na troca de informações, João diz que utiliza o mesmo padrão de comunicação de rede veicular que define a faixa de frequência, taxa de transmissão e tamanho das mensagens, usado no mundo, o IEEE802.11p. Uma grande vantagem da rede veicular é que ela não sofre interferências de outras redes sem fio, como a rede WI-FI, porque funciona em faixa de frequência exclusiva e, portanto, o tráfego de dados é dependente somente do número de veículos dentro de uma determinada área.

A Coppe/UFRJ promove na próxima quinta-feira, dia 22 de junho, às 15 horas, uma visita virtual, em tempo real, ao Atlas, experimento de detecção de partículas instalado no Cern, o maior laboratório de física do mundo, cuja principal missão é investigar a origem do universo. Concebido e desenvolvido com a contribuição de pesquisadores brasileiros, entre eles pesquisadores da Coppe, o Atlas teve um importante papel na descoberta do bóson de Higgs – a chamada “partícula de Deus”.

Pela primeira vez aberta ao público em geral, a visita será realizada no auditório da Coppe, na Rua Moniz Aragão, 360, Bloco 1, Centro de Tecnologia 2 (CT2), Cidade Universitária.

No início da visita, o professor da Coppe, José Manoel Seixas, um dos coordenadores da equipe brasileira no Atlas, fará uma breve apresentação sobre o Atlas, os objetivos do Cern e a contribuição dos pesquisadores brasileiros no desenvolvimento do Atlas. Em seguida, os visitantes serão guiados pelo pesquisador brasileiro, Denis Damazio, ex-aluno da Coppe e funcionário do Instituto Brookhaven, lotado no Cern, localizado entre a França e a Suíça.

Em apenas uma tarde um novo mundo é apresentado ao público: o das partículas “quase invisíveis”, que ao que tudo indica, deram origem à matéria e, consequentemente, ao universo e ao homem. 

Quem chegar mais cedo poderá visitar, a partir das 14 horas, o nicho 8 da exposição “Exploradores do Conhecimento”, no Espaço Coppe Miguel de Simoni, que exibe o tema “A recriação do começo dos tempos”. Os visitantes poderão  simular um choque de prótons em um protótipo semelhante ao instalado no Cern e assistir a um vídeo sobre o Big Bang, produzido pela Nasa.  O Espaço Coppe fica  no Bloco I 2000, Centro de Tecnologia da UFRJ, Cidade Universitária.

Viagem ao universo das partículas

Segundo o professor Seixas, a visita virtual promovida pela Coppe é uma complementação à formação pedagógica dos estudantes. “Os currículos do ensino médio ainda não foram atualizados de modo a contemplar a moderna física de partículas. E alguns currículos acadêmicos ainda não incorporaram o estudo das partículas subatômicas”, afirmou o professor.
Embora tenham como principal objetivo decifrar a origem do universo, as pesquisas realizadas no Cern têm resultado em importantes descobertas em diferentes áreas do conhecimento. Um exemplo é o protocolo www, que resultou na popularização da Internet.

As visitas são realizadas com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (Faperj), por meio do edital Melhoria de Ensino.

Coppe e CERN: três décadas de parceria

A Coppe possui uma longa parceria com o Cern, iniciada em 1988. Seus pesquisadores colaboraram na concepção e desenvolvimento dos detectores que formam o Atlas, maior experimento de detecção de partículas em funcionamento no planeta. O Atlas serve ao LHC (Large Hadron Collider), o colisor de partículas que ocupa um túnel de 27 km de extensão, na fronteira entre a Suíça e a França. Foi graças ao uso combinado destes equipamentos de altíssima tecnologia que a equipe multidisciplinar e internacional que compõe o Cern conseguiu detectar e provar a existência do bóson de Higgs, considerada a partícula fundamental à existência da vida.

A Coppe também é responsável por 90% dos sistemas de engenharia de software que dão apoio à coordenação técnica do Atlas, rastreando os equipamentos que passam por manutenção, inclusive aqueles que estiveram expostos à radioatividade, e acessando as informações dos milhões de componentes do Atlas, otimizando o processo de trabalho e alocando recursos técnicos e humanos de maneira eficaz.

Compreender a origem do universo. Foi com esse espírito que mais de 40 alunos do Ensino Médio do Cefet de Nova Iguaçu ‘embarcaram’ na Coppe/UFRJ, dia 25 de maio, para participar de uma visita virtual ao Atlas, experimento instalado no maior laboratório de física de partículas do mundo: o Cern (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear). Acompanhados da professora de Física, Marta Máximo, os alunos do 2º ano do Ensino Médio dos cursos de Telecomunicações e de Automação Industrial, literalmente viajaram pelo universo das partículas invisíveis: quarks, léptons, bósons, múons…

“Embora há muito já se saiba da existência desses elementos, a física de partículas não faz parte do conteúdo curricular do ensino médio e até mesmo de cursos de graduação. Portanto, essa visita acaba contribuindo para complementar a formação pedagógica dos estudantes”, afirmou o professor José Manoel Seixas, do Programa de Engenharia Elétrica da Coppe, um dos coordenadores da equipe brasileira no Atlas, o maior dentre os conjuntos de detectores de partículas que atuam no maior acelerador de partículas do mundo, o Large Hadron Collider (LHC), com 27 km de extensão.

O tema, instigante mesmo para leigos, desperta especial interesse nos jovens cujas vocações se inclinam para as ciências exatas. Como é o caso de Thalia Araújo, 15 anos, aluna do curso de Telecomunicações do Cefet. “Eu gosto muito de astronomia e física, e penso em fazer engenharia. A palestra foi muito importante para todos nós que estamos aqui”, afirmou a caçula da turma.

A aluna Natali Souza, de 16 anos, do curso de Automação Industrial, questionou o professor se haveria partículas ainda menores. Seixas explicou que em alguns estudos de física teórica, como a teoria das cordas, há a previsão de partículas ainda menores, na escala de 10⁻³⁴m. “Mas não há tecnologia disponível para comprovar estas teorias. Temos capacidade de resolução para visualizarmos até os quarks, dentro dos prótons. A física experimental busca comprovar o que a física teórica modelou. Levamos 50 anos para descobrirmos o bóson de Higgs”, acrescentou o professor da Coppe.

O começo da viagem

Os alunos foram recebidos no Espaço Coppe Miguel de Simoni pelo professor Seixas, da Coppe, e pela professora Márcia Begalli, do Instituto de Física da Uerj. A visita começa na exposição Exploradores do Conhecimento, no nicho “A recriação do começo dos tempos”, que conta a história da longa colaboração da Coppe com o Cern.

Seixas e Márcia fizeram uma breve apresentação sobre o Cern, laboratório europeu, que dispõe do maior acelerador de partículas do mundo, o LHC (Large Hadron Collider), na fronteira franco-suíça, e conjuntos de detectores de partículas, dentre os quais, o Atlas (com 22 metros de altura, 44 metros de comprimento e 7 mil toneladas, é o maior). A apresentação contou com os vídeos didáticos sobre aceleração de partículas, choque de prótons e o Big Bang, fenômeno aceito como a mais provável causa da origem do universo, disponibilizados neste nicho da exposição permanente do Espaço Coppe.

Em seguida, os alunos do Cefet foram conduzidos ao auditório da Coppe, onde conversaram, por videoconferência, com o pesquisador Denis Damazio, no Atlas Visitor Center. Doutor em Engenharia Elétrica formado pela Coppe, Damásio é pesquisador no Laboratório Nacional de Brookhaven (EUA) e está lotado no Cern, desde 2005.

O pesquisador mostrou diversas imagens das instalações do Atlas e explicou como se dá o processo de aceleração e colisão de partículas. Segundo Damazio, os feixes de partículas geram 40 milhões de colisões por segundo, mas a maior parte destas gera fenômenos físicos já conhecidos e que, portanto, não interessam aos pesquisadores. Composto por detectores de partículas, o Atlas teve um importante papel na descoberta do bóson de Higgs – a chamada “partícula de Deus”, uma das mais complexas pesquisas desenvolvidas até hoje para decifrar a origem do universo, que deu aos cientistas Peter Higgs e François Englert o Prêmio Nobel de Física, em 2013.

Os fenômenos potencialmente interessantes para os pesquisadores são separados por um processo de filtragem online. “É como se separássemos o trigo e o joio. A informação gerada por um ano de atividade do LHC é suficiente para formar uma pilha de CD´s de 20 km de altura”, comparou Seixas.

A Coppe também é responsável por 90% dos sistemas de engenharia de software que dão apoio à coordenação técnica do Atlas, rastreando os equipamentos que passam por manutenção, inclusive aqueles que estiveram expostos à radioatividade. Os sistemas também acessam as informações dos milhões de componentes do Atlas, otimizando o processo de trabalho e alocando recursos técnicos e humanos de maneira eficaz.

Complementação pedagógica

De acordo com o professor Seixas, essa visita virtual promovida pela Coppe complementa a formação pedagógica dos estudantes. “Os currículos do ensino médio ainda não foram atualizados de modo a contemplar a moderna física de partículas. Alguns currículos acadêmicos não incorporaram ainda o estudo das partículas subatômicas”, afirmou o professor.

O ensino tradicional de Física difunde que as menores partículas que formam o átomo são os prótons, os nêutrons e os elétrons. Porém somente estas últimas são indivisíveis. “Nêutrons e prótons não estão entre as partículas fundamentais da matéria, pois são formados por outras partículas subatômicas, como quarks e léptons”, explicou Seixas.

Alunos bem preparados

Essa é a terceira vez que a professora de Física do Cefet, Marta Máximo, traz seus alunos para participar da visita virtual. O interesse pela física de partículas não é recente. Em 2010, a professora visitou o laboratório europeu por oito dias, após ter sido aprovada no projeto Escola de Física Cern, de iniciativa da Sociedade Brasileira de Física.

Com o conhecimento previamente adquirido, Marta preparou os seus alunos com uma palestra sobre física de partículas e as atividades do Cern. “Fazemos também atividades com jogos para que fique mais didático, não seja algo tão expositivo. Abordamos o tema em sala de aula antes da visita e na próxima aula repassaremos o que foi aprendido hoje, para que eles possam tirar dúvidas”, explicou.

“Como o currículo oferecido pelo Cefet mescla o conteúdo obrigatório do Ensino Médio com o conteúdo específico da formação técnica, os alunos têm contato com produção científica. O colégio lhes dá uma preparação que permite que eles venham aqui e façam perguntas pertinentes”, explicou a professora, orgulhosa da ótima impressão que seus alunos causaram com as perguntas inteligentes feitas ao professor José Manoel Seixas e ao pesquisador Denis Damazio.

Marta elogiou a iniciativa da Coppe de promover as visitas, garantindo transporte e lanche aos alunos, e guiando-os na exposição Exploradores do Conhecimento, com os monitores do Espaço Coppe, e realizando a videoconferência com o Atlas. “Acho ótimo, pois este tipo de conhecimento é muito específico e ter essa estrutura que a Coppe tem, com experimentos e simulações possibilita que os alunos visualizem assuntos que são abordados em sala de aula. Com certeza é uma complementação pedagógica importante, mesmo que o aluno não decida fazer engenharia. Eles vão ter uma visão de ciência, que uma pessoa com formação comum não teria. Além disso, a UFRJ é um local de interesse para os alunos seguirem os seus estudos”, enfatizou a professora.

Na opinião do aluno Hugo Francellino, de 17 anos, a visita acrescenta muito ao conhecimento geral. “O ensino especializado nos passa o que a gente precisa para ser técnico. Essas visitas servem para tirar dúvidas que são comuns no dia a dia. A visita ao Atlas foi mais interessante ainda. A professora Marta fez uma palestra que já tinha aguçado a nossa curiosidade a respeito”, afirmou Hugo, que cursa Automação Industrial.

As próximas visitas serão realizadas nos dias 8, 22 e 29 de junho. No dia 22 de junho, a visita é aberta o público em geral. O roteiro começa, às 14 horas, no nicho 8 da exposição “Exploradores do Conhecimento”, instalada no Espaço Coppe Miguel de Simoni, que fica no Bloco I 2000, Centro de Tecnologia da UFRJ, Cidade Universitária. No dia 22, a visita será aberta à comunidade da UFRJ.