1153: Cientistas alcançam a primeira aceleração de electrões em ondas de plasma

rupertomiller / Flickr
Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Físicos demonstraram uma nova técnica para acelerar electrões a energias muito altas em distâncias muito curtas, uma técnica que permitirá alcançar novos avanços na física de partículas a preços mais modestos.

O Large Hadron Collider (LHC) da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (CERN) é considerado o maior acelerador de partículas do mundo. O acelerador encontra-se num túnel de 27 quilómetros de circunferência, a uma profundidade de 175 metros abaixo da fronteira franco-suíça, em Genebra. Foi ele o principal responsável pela descoberta do bosão de Higgs.

Apesar de ter havido alguns desenvolvimentos na tecnologia do acelerador de partículas, as tecnologias usadas até hoje só podem ser aprimoradas e expandidas com uma grande despesa. Esta razão financeira faz com que seja mais difícil tornar os aceleradores de alta energia mais úteis… mas é extremamente necessário.

Uma equipa internacional de físicos, que trabalha no Advanced Acceleration Acceleration Driven Plasma Wakefield (AWAKE), no CERN, realizaram uma experiência inovadora que demonstra uma nova forma de acelerar electrões a altas energias, reduzindo drasticamente o tamanho dos aceleradores e, assim, reduzindo, também drasticamente, os custos. O artigo científico foi publicado no dia 29 de Agosto na revista Nature.

“Esta recente tecnologia desenvolvida pelo AWAKE vai concretizar uma mudança de paradigma no desenvolvimento de futuros aceleradores de partículas de alta energia”, diz Moses Chung professor e membro da equipa.

“Esta conquista poderá permitir que os engenheiros reduzam drasticamente o tamanho dos aceleradores de partículas, reduzindo as vastas quantias de dinheiro normalmente necessárias para construí-los”. Além disso, acrescenta, “as colisões de partículas de alta energia que essas instalações produzem permitem que os físicos investiguem as leis fundamentais da natureza, fornecendo a base para avanços futuros”.

Habitualmente, as ferramentas usadas nas experiências da física de partículas usam campos eléctricos oscilantes – as cavidades de radiofrequência – e ímanes de alta potência para acelerar partículas a altas energias.

Como uma opção alternativa e mais em conta surge o acelerador wakefield: os físicos enviam um feixe de electrões, protões ou lasers através de um plasma. Os electrões livres no plasma movem-se em direcção ao feixe, ultrapassam-no e regressa, criando uma bolha atrás do feixe e campos eléctricos intensos.

Os campos eléctricos extremamente fortes foram conseguidos através de um conjunto de electrões, que foram acelerados até 2GeV em, aproximadamente, 10m de plasma e medidos usando um espectrómetro magnético. Segundo o EurekAlert, esta técnica tem o potencial de acelerar os electrões para a escala TeV em apenas único estágio de aceleração.

O programa está ainda em fase inicial, mas promete ser um passo importante no caminho para a realização de novas experiências de física de partículas de alta energia.

ZAP //

Por ZAP
16 Outubro, 2018

 

Stephen Hawking previu raça de “super-humanos” que irá destruir a humanidade

O físico e cosmólogo britânico, que morreu no passado mês de Março, deixou artigos e ensaios nos quais prevê a existência de uma raça modificada geneticamente que irá acabar por destruir a humanidade

O físico e cosmólogo britânico Stephen Hawking morreu no dia 14 de Março
© REUTERS/Lucas Jackson

Antes de morrer, Stephen Hawking deixou um aviso: o físico britânico previu que os avanços na engenharia genética vão levar à criação de uma raça de super-humanos, que acabará por destruir a humanidade.

“Acredito que durante este século, as pessoas vão descobrir como modificar a inteligência e os instintos, tal como a agressão. ​​​Vão ser criadas leis contra a engenharia genética em humanos, mas algumas pessoas não vão ser capazes de resistir à tentação de melhorar as características humanas como a memória, a resistência a doenças e a longevidade da vida”, escreveu Stephen Hawking num conjunto de artigos e ensaios, revelados pelo The Sunday Times , e que vão ser publicados esta terça-feira, 16 de Outubro, no livro “Brief Answers to the Big Questions” (“Breves Respostas para as Grandes Questões”, em tradução livre).

Nos seus últimos pensamentos, o físico e o cosmólogo britânico, que morreu no dia 14 de Março, aos 76 anos, refere que as pessoas mais ricas vão, em breve, poder editar o seu próprio ADN e o dos seus filhos com o objectivo de “criar super-humanos com uma memória aprimorada, resistência a doenças, inteligência e longevidade”, escreve a publicação.

Edição genética

Estes super-humanos vão ser uma ameaça à humanidade, avisa Stephen Hawking nos artigos e ensaios que deixou. O professor britânico, que sofria de esclerose lateral amiotrófica, diagnosticada aos 21 anos, refere nos textos que quem não conseguir recorrer à alteração genética vai sofrer com a raça modificada. “Assim que os super-humanos aparecerem vai haver problemas políticos significativos com os humanos que não foram melhorados, que não serão capazes de competir”, argumenta. Hawkings refere que os humanos comuns vão, presumivelmente, acabar por “morrer, ou deixar de ter importância”.

No conjunto de artigos e ensaios, o físico alerta para a possibilidade de existir no futuro “uma raça de seres auto desenhados que vai melhorando a um ritmo acelerado”.

De acordo com o The Guardian, as afirmações de Stephen Hawkings são baseadas na técnica de edição genética CRISPR-Cas9, que permite cortar o genoma (informação genética modificada no ADN) onde se quer para depois repará-lo. Um sistema que tem gerado controvérsia entre a comunidade científica.

Diário de Notícias
DN
15 Outubro 2018 — 15:14

 

1130: Publicado o último trabalho de Stephen Hawking

Black hole entropy and soft hair é o título do último trabalho em que o físico colaborou e dá um contributo para resolver o “paradoxo da informação” relativo aos buracos negros

Imagem de buraco negro na galáxia MCG 6-30-15
Foto ESA

Stephen Hawking

Stephen Hawking morreu no dia 14 de Março, aos 76 anos, mas até aos últimos dias de vida fez parte da equipa formada por cientistas de Cambridge e Harvard que desenvolveu um trabalho sobre o “centro da vida de Hawking” durante mais de 40 anos, segundo palavras do seu colega de equipa, o físico teórico Malcolm Perry.

O resultado é Black hole entropy and soft hair, publicado na terça-feira. Assinado por Sasha Haco, Stephen Hawking, Malcolm Perry e Andrew Strominger, debruça-se sobre o chamado “paradoxo da informação”, questão relacionada com a preservação da informação de um objeto que caia num buraco negro.

Seis décadas depois de Albert Einstein definir a massa, carga eléctrica e momento angular na teoria da relatividade, Hawking acrescentou outra propriedade aos buracos negros: a temperatura. Como todos os objectos perdem calor no espaço, previu que os buracos negros acabassem por deixar de existir. Porém, o cientista britânico estabeleceu a hipótese de que de alguma forma a informação dos objectos que lá tivessem caído permanecesse.

“Como é que a informação pode ser recuperada se o próprio buraco negro acaba por desaparecer?”, questiona Perry, em declarações ao The Guardian. A resposta está na hipótese de o objecto alterar a temperatura do buraco negro – e que a sua entropia pode ser registada através de fotões ou outras partículas à volta do buraco negro.

A fórmula para a temperatura dos buracos negros é conhecida como a temperatura de Hawking. Como escreve Malcolm Perry no Guardian, “todo o objecto que tem temperatura tem entropia e a entropia é uma medida de quantas formas formas diferentes um objecto pode ser feito através dos seus ingredientes microscópicos e continuar a parecer o mesmo”.

O físico John Wheeler e colegas defendiam a ideia de que os buracos negros não têm cabelo (teorema da calvície), uma metáfora que significava que todos os buracos negros eram idênticos.

Mas como todos os buracos negros se assemelham, a “origem da entropia estava no centro do paradoxo da informação”, continua Perry. Este físico, em conjunto com Hawking e Strominger descobriu em 2016 que afinal os buracos negros “têm cabelo”. E neste trabalho os cientistas descrevem a forma de calcular a entropia dos buracos negros.

Perry explica que este paper não tem a solução para o paradoxo da informação, mas que é um contributo nesse sentido. “É necessário mais trabalho, mas sentimo-nos muito encorajados a continuar a nossa investigação nesta área. O paradoxo da informação está intimamente ligado à nossa busca por uma teoria da gravidade que seja compatível com a mecânica quântica”, concluiu o professor de Cambridge.

Diário de Notícias
DN
11 Outubro 2018 — 14:03

 

1097: Bizarras partículas do gelo da Antárctida podem acabar com a física moderna

azure_radiation / Flickr
Detalhe do LHC, Large Hadron Collider, acelerador de partículas do CERN

Físicos identificaram uma partícula de alta energia muito estranha vinda da Antárctida. É uma espécie de raio cósmico e atravessa a Terra, o que não acontece com as partículas que os físicos conhecem e que compõem o que os cientistas chamam de modelo padrão (SM) da física de partículas.

Há neutrinos de baixa energia que podem perfurar quilómetros de rocha sem sofrerem nenhuma alteração. Mas neutrinos de alta energia, bem como outras partículas de alta energia, têm “grandes secções cruzadas”. Isto significa que quase sempre vão colidir com algo logo depois de entrarem na Terra, e nunca conseguiriam sair do outro lado.

No entanto, desde Março de 2016, os investigadores têm ficado intrigados sobre dois acontecimentos na Antárctida, onde os raios cósmicos saíram da terra. Estes foram detectados pelo inferómetro NASA Anita, uma antena de balão que sobrevoa o continente.

O Anita foi projectado para procurar raios cósmicos do espaço sideral. Quando o instrumento detectou partículas que pareciam estar a partir da própria Terra em vez de virem do espaço, a comunidade científica especializada em neutrinos de alta energia deu saltos de emoção.

Uma vez que os raios cósmicos não deveriam fazer isto, os cientistas começaram a perguntar-se se estes feixes misteriosos são feitos de partículas desconhecidas.

Desde então, os físicos têm proposto todos os tipos de explicações para estes raios cósmicos “que vão para cima”, de neutrinos estéreis (neutrinos que raramente batem em matéria) para “distribuição de matéria escura atípica dentro da Terra”, referenciando a misteriosa forma de matéria que não interage com a luz.

Todas as explicações são intrigantes, e sugerem que o Anita poderá ter detectado uma partícula não contabilizada no modelo padrão. Mas nenhuma das explicações demonstrou conclusivamente que algo mais simples não pudesse ter causado o sinal em Anita.

Um novo artigo publicado no directório científico arXiv.org muda tudo. Nele, uma equipa de astrofísicos da Universidade Estadual da Pensilvânia (EUA) mostrou que outras partículas de alta energia foram lançadas para cima, além das detectadas durante os dois eventos captados pelo Anita. O maior observatório de neutrinos na Antárctida, IceCube, detectou também partículas similares em três outras ocasiões.

Combinando os dados do IceCube com o Anita, os investigadores calcularam que, seja qual for a partícula que está a surgir da Terra, tem muito menos de 1 hipótese em 3,5 milhões de ser parte do modelo padrão.

Partindo a física…

O principal autor da pesquisa, Derek Fox, refere que se deparou com os eventos do Anita em Maio de 2018. “Pensei: ‘bem, este modelo não faz muito sentido, mas o resultado é muito intrigante’. Então, comecei a investigá-lo”, destaca Fox ao Live Science.

Fox foi trocar ideias com o seu vizinho de escritório, Steinn Sigurdsson, e ali surgiu uma parceria para propor explicações mais plausíveis para os eventos. Fox, Sigurdsson e os seus colegas começaram a procurar eventos semelhantes em dados colectados por outros detectores. Quando se depararam com possíveis eventos ascendentes em IceCube, perceberam que poderiam ter-se deparado com algo que mudaria a física.

A física de partículas de alta energia não tem avançado muito nos últimos anos. Quando o Grande Colisor de Hadrões (LHC) foi concluído na fronteira entre França e Suíça, em 2009, os cientistas pensaram que poderia desbloquear os mistérios da super-simetria, a enigmática classe teórica de partículas que os cientistas suspeitam que pode existir, mas que nunca detectaram.

De acordo com a super-simetria, cada partícula existente no modelo padrão tem um parceiro super-simétrico.

Em vez disso, o LHC confirmou o Bosão de Higgs, a parte final não detectada do modelo padrão, em 2012. E então, não voltou a detectar qualquer outra coisa importante. Os investigadores começaram a questionar se qualquer experiência de física existente poderia detectar uma partícula super-simétrica.

Se a partícula modelo padrão criou essas anomalias, elas deveriam ter sido neutrinos. Os investigadores sabem disso porque nenhuma outra partícula modelo padrão teria qualquer hipótese de atravessar a Terra.

Mas detectores de neutrinos como o Anita e o IceCube não detectam neutrinos directamente. Em vez disso, detectam as partículas que os neutrinos decompõem depois de colidir na atmosfera da Terra ou no gelo antárctico. E há outros eventos, possivelmente super-simétricos, que podem gerar essas partículas, desencadeando a detecção.

Fox e os seus colegas passaram a argumentar que as partículas são mais susceptíveis de ser uma espécie de partícula super-simétrica chamada “stau sleptons. Os stau sleptons são versões super-simétricas de uma partícula modelo padrão chamado “Tau lépton”.

Os autores apontam que nenhuma partícula convencional conseguiria viajar através da Terra desta forma, mas ainda não há dados suficientes para ter certezas. E não há como comprovar que a partícula fez essa viagem.

Agora, os cientistas só sabem que o que quer que esta partícula seja, ela interage muito fracamente com outras partículas, ou então nunca teria sobrevivido à viagem através da massa densa do planeta.

É possível que quando os investigadores do IceCube esmiuçarem os arquivos de dados deste instrumento, encontrem mais eventos semelhantes que já tinham passado despercebidos.

As anomalias do Anita podem oferecer aos cientistas a informação necessária para sintonizar adequadamente o LHC para descobrir mais sobre a super-simetria. Estas experiências podem até fornecer uma explicação para a matéria escura.

Por ZAP
3 Outubro, 2018

 

1067: Físicos produziram o campo magnético mais forte e controlável de sempre

NASA Goddard / Flickr

Um grupo de cientistas do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade de Tóquio, no Japão, produziu o campo magnético mais forte e controlável já criado em ambientes fechados – é um macro para a Física.

Energia barata, limpa e quase ilimitada parece-nos sempre um sonho muito distante. Há muito que os cientistas acreditam que a fusão nuclear – o tipo de reacção que alimenta estrelas como o Sol – pode ser uma fonte potencial para esta ideia contudo, a reacção tem-se mostrado muito difícil de manter – pelo menos, até agora.

Com a nova descoberta, publicada na semana passada na Review of Scientific Instruments, estamos mais perto do que nunca de fazer esta energia acontecer.

De acordo com a publicação, o campo magnético criado foi mantido por mais tempo do que qualquer outro campo de força semelhante testado até então. Este avanço pode conduzir os cientistas a poderosas ferramentas de investigação, bem como ser aplicada para gerar a tão esperada energia de fusão.

“Uma forma de produzir energia de fusão é confinar plasma – um mar de partículas carregadas – num grande anel chamado tokamak de forma extrair energia”, disse o pesquisador Shojiro Takeyama num comunicado. O campo magnético que um tokamak exigira é “tentadoramente semelhante ao dispositivo que nós conseguimos produzir”.

Para gerar o campo magnético, os investigadores da Universidade de Tóquio construíram um dispositivo altamente sofisticado capaz da compressão electromagnética de fluxo (EMFC) – técnica conhecida para gerar um campo adequado em condições internas.

Recorde: 50 milhões de vezes mais forte que o campo da Terra

Recorrendo ao dispositivo, os cientistas foram capazes de produzir um campo magnético de 1200 Teslas (T) – cerca de 120 000 vezes mais forte do que um simples íman que “colamos” aos nossos frigoríficos.

Ainda em termos de comparação, o campo magnético da Terra tem uns “meros” 50 microtesla (µT) e os super-condutores campos do Grande Colisonador de Hadrões do CERN são de 8 T – ou seja, o campo magnético criado pelo japoneses é cerca de 50 milhões de vezes mais forte do que da Terra

Embora um campo magnético mais forte já tivesse sido criado, agora os físicos conseguiram controlá-lo durante 100 micro-segundos, milhares de vezes superior ao que tinha sido registados nos procedimentos experimentais anteriorizes.

Os cientistas foram ainda capazes de controlar o campo magnético, evitando que este destruísse equipamentos científicos, tal como já aconteceu em outras experiências, nas quais os investigadores tentaram criar campos magnéticos poderosos.

Tal como Takeyama revelou na nota divulgada, esta experiência significa que o dispositivo criado pode gerar a força quase mínima de um campo magnético e a duração necessária para que se dê uma fusão nuclear estável – desta forma, estamos um passo mais perto da energia limpa e ilimitada com que sonhamos há cerca de um século.

Por ZAP
24 Setembro, 2018

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1046: Um buraco negro pode comportar-se como uma gota de água?

Uma investigação do Departamento de Física da UA indica que sim!

A forma de uma simples gota de água e a de um buraco negro são semelhantes, mas estes dois elementos completamente antagónicos do ponto de vista de dimensão poderão ter nas suas semelhanças algo mais que a sua forma. Perante uma descarga eléctrica, estas gotas de água e os buracos negros poderão comportar-se da mesma forma.

Quando pensamos numa gota de água a cair, pensamos normalmente em algo que se assemelha a uma cebola, pelas ilustrações que sempre nos habituámos a ver. Mas esta ilustração não representa a realidade.

Na realidade, uma gota de água cai sob a forma de uma esfera perfeita, a mesma esfera perfeita de um buraco negro mais simples.

Apesar da sua forma esférica, se for acrescentada uma carga eléctrica, esta pode adquirir novas formas. O mesmo acontecerá a um buraco negro? A resposta permanecia desconhecida até agora. Afinal, os buracos negros quando sujeitos a cargas eléctricas podem comportar-se de uma maneira semelhante à das gotas de água. A descoberta é de uma equipa de físicos da Universidade de Aveiro (UA).

Perceber o Universo

Havia até agora uma interessante, mas incompleta, semelhança entre o comportamento da familiar gota de água e o comportamento de um buraco negro, uma região do espaço tempo da qual a luz não consegue escapar.

O físico britânico Lord Rayleigh, que ganhou o prémio Nobel da física em 1904 pela descoberta do gás nobre Árgon, demonstrou em 1879 que uma gota de água, isolada de forças externas (incluindo o campo gravítico) tem uma forma esférica. Rayleigh demonstrou ainda que esta forma é estável: se a gota for ligeiramente perturbada, oscila um pouco e retorna à forma esférica.

Três anos mais tarde, o britânico obteve outro resultado fundamental em dinâmica de fluidos. Se a gota tiver carga eléctrica, pode continuar esférica, mas se a carga exceder um certo limiar, o denominado limite de Rayleigh, a gota deixa de ter preferência pela forma esférica. Isto é, se for perturbada um pouco, a gota desvia-se da forma esférica. Gotas com carga excedendo o limite de Rayleigh podem adquirir novas formas não esféricas, que são mais estáveis – porque minimizam a repulsão entre as cargas eléctricas – do que uma esfera perfeita.

As semelhanças

Tal como uma gota de água neutra [sem rotação], um buraco negro em equilíbrio tem de ser esférico e esta é a sua forma mais estável. Mas a semelhança entre a gota de água e o buraco negro não tinha continuidade se introduzíssemos carga eléctrica.

Esta explicação é dada por Carlos Herdeiro, investigador do Departamento de Física e do Centro para a Investigação e Desenvolvimento da Matemática e Aplicações (CIDMA) da UA, e coordenador do estudo publicado este mês na revista Physical Review Letters.

Explica ainda que enquanto que uma gota de água carregada, apenas prefere ser esférica até ao limite de Rayleigh, o buraco negro com carga eléctrica parecia preferir sempre ser esférico. Mas nesta nova investigação é provado que buracos negros carregados podem-se comportar de uma maneira muito semelhante a uma gota de água com carga eléctrica.

O artigo intitula-se de Spontaneous scalarisation of charged black holes, que Carlos Herdeiro considera no âmbito da Física-Matemática e não da Astrofísica. Neste trabalho, os investigadores mostram que, tal como a gota de água, os buracos negros carregados apenas têm que ser esféricos até um certo limiar de carga. “A partir desse limiar, outras formas não esféricas tornam-se possíveis, e até preferenciais, exactamente como no caso das gotas carregadas”, refere o investigador.

O campo electromagnético e outras partículas

O ingrediente fundamental que permitiu aos investigadores da UA encontrarem este novo comportamento de buracos negros carregados, foi considerar a interacção entre o campo electromagnético e outras partículas.

Quando esta interacção é considerada, surge um novo “canal” para o buraco negro se aliviar da repulsão entre as suas cargas eléctricas, ao criar uma nuvem de partículas carregadas ao seu redor.

Esta nuvem, adianta Carlos Herdeiro, pode tomar várias formas geométricas não esféricas, e como contém uma parte considerável da energia do buraco negro, a forma do buraco negro, que é determinada pela forma da fronteira deste – denominado por horizonte de acontecimentos – adapta-se à forma da nuvem, deixando o buraco negro de ser esférico.

Para além de mostrar que estes buracos negros não esféricos existem, o artigo mostra, para o caso mais simples, que esta transferência de energia e carga eléctrica do buraco negro para a nuvem de partículas em seu redor pode ocorrer dinâmica e espontaneamente.

Universidade de Aveiro

pplware
18 Set 2018
Maria Inês Coelho
Gestora de conteúdo e de redes sociais do Pplware. Mestre em Economia, foi o fascínio pelo universo da tecnologia e da comunicação que falou mais alto.

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1043: Depois do gato, o termómetro de Schrodinger

CIÊNCIA

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O Gato de Schrödinger, que está vivo e morto enquanto está dentro da caixa, é um dos paradigmas da Mecânica Quântica

À semelhança da teoria do gato de Schrodinger, em que o gato dentro da caixa pode estar ao mesmo tempo vivo e morto, um novo princípio de incerteza sustenta que os objectos quânticos podem estar a duas temperaturas diferentes.

A famosa experiência do gato de Schrodinger, que implicava que um gato numa caixa poderia estar vivo e morto ao mesmo tempo, ganhou um novo parceiro na lista dos fenómenos bizarros da mecânica quântica.

Físicos da Universidade de Exeter, em Inglaterra, descobriram que poderá existir um limbo semelhante ao gato na temperatura: a nível quântico, os objectos podem apresentar duas temperaturas diferentes. Este paradoxo quântico é a primeira nova relação de incerteza quântica a ser formulada em décadas.

O estudo publicado a 6 de Junho na Nature Communications mostra que, através desta nova incerteza quântica, quanto mais precisa for a medição da temperatura do objecto em estudo, menor é a precisão da medição da energia do corpo.

Esta é na prática uma nova aplicação do primeiro dos Princípios da Incerteza de Heisenberg, segundo o qual, na escala dos objectos quânticos, não se consegue medir com igual rigor a posição e a velocidade de um dado corpo.

A descoberta tem grandes implicações para a nano-ciência, que estuda objectos extremamente pequenos, mais diminutos que um nanómetro. Este novo princípio altera a maneira como os cientistas medem a temperatura destes pequenos objectos, tão pequenos como pontos quânticos, pequenos semi-condutores ou células isoladas.

Mesmo que um típico termómetro mostre a subida e descida da sua energia, a energia é sempre contida dentro de uma faixa pequena. A nível quântico, isso já não acontece como mostrou a pesquisa inspirada no gato de Schrodinger.

Na teoria de Schrodinger, é proposto que um gato entre numa caixa com um veneno que pode ser activado pela decaimento de uma partícula radioactiva. Seguindo as leias da mecânica quântica, a partícula pode decair e não decair ao mesmo tempo, o que significa que, até a caixa ser aberta, o gato permanece morto e vivo ao mesmo tempo – um fenómeno conhecido como sobreposição.

Nesta nova pesquisa, os cientistas usaram a matemática teórica para prever quanta sobreposição afectaria a medição da temperatura de um objecto quântico.

“No caso quântico, um termómetro quântico estará numa sobreposição de estados de energia simultaneamente”, afirmou Harry Miller, um dos investigadores da Universidade de Exeter que desenvolveu o novo princípio.

“O que descobrimos é que o termómetro não tem uma energia definida e está na verdade, numa combinação de diferentes estados de uma só vez, o que contribui para a incerteza na temperatura que podemos definir”, revelou.

No mundo observável, um termómetro pode dizer-nos que um dado objecto se encontra entre os -0,5ºC e os 0ºC. No mundo quântico, o termómetro diz-nos que o objecto está em ambas as temperaturas ao mesmo tempo. Este novo principio quântico explica a estranheza quântica registada.

O novo estudo pode ajudar os cientistas nos novos projectos em que é necessário medir as mudanças de temperatura em objectos abaixo da escala nanométrica. “Os nossos resultados vão dizer exactamente como projectar as suas sondas e explicar a incerteza quântica adicional que se obtém”, conclui Harry Miller.

ZAP // Live Science

Por ZAP
19 Setembro, 2018

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1038: TEORIA DA GRAVIDADE SALVA DA MORTE

A galáxia ultra-difusa NGC 1052-DF2, vista pelo Telescópio Espacial Hubble. Apesar do seu pequeno tamanho, está no centro de um debate acerca de qual da lei da gravidade é a correta.
Crédito: HST/Oliver Müller

Uma equipa internacional de astrónomos, incluindo físicos da Universidade de St. Andrews, ressuscitou uma teoria da gravidade anteriormente descartada, argumentando que os movimentos dentro de galáxias anãs seriam mais lentos se perto de uma galáxia massiva.

A equipa de investigação examinou uma teoria previamente publicada na revista Nature que afirmava que a teoria MOND (MOdified Newtonian Dynamics) não podia ser verdadeira porque os movimentos internos eram muito lentos no interior da galáxia anã NGC 1052-DF2, uma galáxia pequena com cerca de 200 milhões de estrelas.

A teoria MOND é uma controversa alternativa à relatividade geral, a compreensão predominante e inspirada de Einstein do fenómeno da gravidade, que requer a existência da matéria escura, mas que até agora nunca foi provada. MOND não requer matéria escura.

Tais teorias são essenciais na compreensão do nosso Universo, dado que segundo a física conhecida, as galáxias giram tão rapidamente que deveriam fragmentar-se.

Foram apresentadas várias teorias para explicar o que as mantém unidas, e o debate continua sobre qual a correta. O estudo agora derrotado afirmava que MOND estava morta. No entanto, esta investigação mais recente – também publicada na Nature – mostra que o trabalho anterior negligenciou um efeito ambiental subtil.

A nova investigação argumenta que o trabalho anterior não considerou que a influência do ambiente gravitacional em torno da anã podia afectar os seus movimentos interiores. Por outras palavras, se a anã estivesse perto de uma galáxia massiva – o que é aqui o caso – então os movimentos dentro da anã seriam mais lentos.

O autor principal Pavel Kroupa, professor da Universidade de Bona e da Universidade Charles em Praga, afirma: “Houveram muitas afirmações prematuras sobre a morte da teoria MOND em publicações muito influentes. Até agora, nenhuma resistiu ao escrutínio detalhado.”

As galáxias giram tão rapidamente que deviam fragmentar-se, de acordo com a física conhecida. Duas teorias actuais explicam isto – a primeira coloca um halo de matéria escura em redor de cada galáxia. No entanto, as partículas de matéria escura nunca foram descobertas, apesar de muitas décadas de pesquisas muito sensíveis, frequentemente usando grandes detectores.

A segunda é a MOND, que explica uma vasta riqueza de dados sobre as velocidades de rotação galáctica usando apenas as estrelas e o gás. A MOND fá-lo com uma receita matemática que fortalece a gravidade do material visível, mas somente quando fica muito fraca. Caso contrário, a gravidade seguiria a lei convencional de Newton, por exemplo no Sistema Solar – ou perto de uma galáxia massiva.

O Dr. Indranil Banik da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St. Andrews, que em breve será da Universidade de Bona, realçou: “É notável que a MOND ainda faça previsões tão bem-sucedidas baseadas em equações escritas há 35 anos.”

O Dr. Hongsheng Zhao, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de St. Andrews, acrescentou: “A nossa modelagem do efeito ambiental MOND foi posteriormente confirmada por outro grupo.”

Hosein Haghi, professor de Física no Instituto de Estudos Avançados em Ciências Básicas, Irão, disse: “Este efeito é conhecido há muito tempo. Os autores da Nature desconheciam os nossos artigos sobre a sua inclusão.”

Astronomia On-line
18 de Setembro de 2018

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1002: Na Física, sete fotões comportam-se como mil milhões

CIÊNCIA

(CC0/PD) insspirito / pixabay

Uma equipa de físicos revelou que só são necessários sete partículas quânticas, os fotões, para que estas se comportem como se estivem numa multidão de mil milhões, segundo um novo estudo. 

Num novo estudo, publicado nesta segunda-feira na Nature Physics, os cientistas explicam um sistema composto por poucas partículas actua como um sistema maior, permitindo aos cientistas estudar o comportamento quântico mais facilmente.

Em grandes escalas, a matéria sofre alterações, a chamadas transições de fase, nas quais, por exemplo, a água líquida transforma-se num sólido (gelo) ou em vapor. Os cientistas costumam observar estas alterações em grandes massas de moléculas, mas nunca em aglomerados tão pequenos.

Na nova pesquisa, os físicos observaram a transição de fase em sistemas compostos por apenas sete partículas de luz, os fotões, num estado físico raro e exótico conhecido como Condensado Bose-Einstein (BEC) – estado no qual se pode atingir temperaturas extremamente frias, começando, consequentemente as partículas a misturar-se e a agir em uníssono.

Como os fotões são “pacotes” de luz – isto é, são feitos de luz e não de matéria – parece estranho que estas partículas de luz passem por transições de fase. No entanto, uma pesquisa levada a cabo em 2010 por equipa de cientistas alemães mostrou que os fotões podem ser induzidos de forma a comportar-se como os BEC.

Nesta experiência, os investigadores quiseram descobrir o número mínimo de fotões necessários para que estas partículas interagissem e exibissem um comportamento semelhante aos BEC.

Recorrendo a um laser, os investigadores dispararam fotões para uma “armadilha” semelhante a um espelho e observaram a interacção para descobrir quando é que um BEC emergia. Em média, descobriram que eram necessários sete fotões para que as partículas formassem um BEC, começando a agir como uma única partícula.

A nova experiência define o número mínimo de partículas necessárias – sete fotões – para que se dê uma transição de fase.

“Agora que está confirmado que a transição de fase é também um conceito útil em sistemas tão pequenos, podemos explorar as suas propriedades de formas que não seriam possíveis em sistemas maiores”, disse o autor principal do estudo Robert Nyman, físico do Imperial College London em comunicado.

Sinteticamente, o novo estudo veio demonstrar que, mesmo em escalas mais pequenas, a transição dos fotões ocorre de forma incrivelmente semelhante ao que é registados na escalas maiores – na Física, sete fotões comportam-se como mil milhões.

Por ZAP
12 Setembro, 2018

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972: Físicos procuram apanhar um “fotão escuro” para provar a existência da 5.ª força da natureza

B. Tafreshi / ESO

Um grupo de físicos italianos está a conduzir uma ambiciosa pesquisa em busca de uma “força negra” da natureza que, caso seja encontrada, abrirá portas para um vasto, desconhecido e invisível reino do Universo.

O Universo, tal como o conhecemos, possui cerca de um décimo de todas as coisas que pairam por aí. Tudo o resto é invisível ou, pelo menos, impossível de detectar – excepto os efeitos da sua gravidade na fracção de material que somos capazes de ver.

Os cientistas apelidam esta “força negra” de material escuro do sector ausente – classe de partículas energéticas e massivas que aparentemente existem algures, mas que não interagem com a matéria luminosa (aquela que nos compõe e que somos capazes de ver).

Um novo e ambicioso projecto do Instituto Nacional de Física Nuclear, em Itália, vai tentar desbloquear todo este material escuro através de um fotão escuro teórico – uma versão dos fotões normais que carregam a luz aplicado à matéria escura – como chave.

E, se o verdadeiro fotão escuro for encontrado, fornecerá evidências para a quinta força do Universo – o que seria uma notícia incrível para a Física e para a Ciência.

A procura pela matéria escura é um assunto já abordado na Física no entanto, esta nova experiência procura descobrir se a massa escura interage com a matéria regular através de uma espécie de “mensageiro” de partículas escuras.

“Se encontrarmos esta força, o paradigma que temos agora vai mudar completamente. A descoberta abriria todo um novo mundo e ajudaria a perceber as partículas e as forças que compõem o sector escuro”, disse o investigador Mauro Raggi, da Universidade Sapienza de Roma, em declarações ao Guardian.

Antimatéria vs Diamante

Para encontrar esta quinta força, os físicos planeiam bombardear um fragmento de diamante (conhecido com diamond wafer) com um feixe de partículas de antimatéria, os positrões – a anti-matéria “prima” dos electrões. O instrumento utilizado para a experiência é conhecido como PadmePositron Annihilation into Dark Matter Experiment.

Em circunstâncias normais, quando positrões e electrões chocam entre si acabam por se aniquilar, dando origem a um par de fotões regulares. No entanto, se os fotões escuros existirem realmente, esta colisão deverá produzir, de vez em quando, apenas um fotão regular. Ou seja, em vez da interacção produzir dois fotões regulares, deveriam surgir lado a lado um fotão escuro e um fotão normal.

Em declarações à Physics World, os investigadores disseram que esperam que o feixe de positrões utilizado no Padme colida com electrões suficientes do diamante de forma a originar um fotão escuro.

No entanto, e mesmo que a experiência seja bem sucedida, o Padme não será capaz de detectar o fotão escuro directamente. Em vez disso, o fotão desaparecido servirá como prova. Uma aniquilação electrão-positrão capaz de produzir um fotão escuro será identificado no Padme como uma parte da energia que desapareceu, porque já terá passado para o sector escuro da matéria.

Se tudo isto acontecer, os físicos esperam conseguir confirmar e medir a massa do fotão escuro – pois, ao contrário dos fotões regulares, os fotões escuros têm matéria. A confirmação não seria só a evidência de uma nova partícula, mas também de toda uma força completamente nova.

No Universo luminoso existem 4 forças, entre as quais: a electromagnética, que transporta energia luminosa e liga átomos a outros átomos (e garante que não caíamos de uma cadeira, por exemplo); a força forte, que mantém as partículas dentro dos átomos juntas; a força fraca, que faz com que os átomos caiam e se decomponha e, por fim, a força gravitacional, que nos prende à Terra e orienta os movimentos do Universo.

(dr) futurism.com
A quinta força fundamental da Natureza

A confirmar-se os fotões escuros, estes seriam a manifestação de uma 5.ª força, que ainda não está contemplada no nosso modelo actual – o electromagnetismo escuro.

“Estamos a atirar em todos os sentidos”, concluiu Rammi acrescentando que “se estamos a tentar temos, pelo menos, uma oportunidade de conseguir”.

Esta é desde logo uma pesquisa que se adivinha muito difícil – investigações levadas a cabo anteriormente não detectaram nenhuma partícula escura – no entanto, caso os físicos consigam finalmente “apanhar” o fotão escuro, serão então o momento de reescrever os livros de Física.

Por ZAP
6 Setembro, 2018

(Foram corrigidos 18 erros ortográficos ao texto original)

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