2395: Cientistas fizeram uma ressonância magnética a um átomo

CIÊNCIA

RoyBuri / pixabay

Cientistas do Centro de Nanociência Quântica (QNS) da Ewha Womans University, na Coreia do Sul, fizeram um grande avanço científico ao realizar a menor ressonância magnética do mundo.

Numa colaboração com cientistas dos Estados Unidos, uma equipa de físicos da Ewha Womans University, na Coreia do Sul, usou uma nova técnica para observar o campo magnético de átomos individuais.

O procedimento trata-se do mesmo tipo de ressonância magnética que pode ser realizada em hospitais, para observar o corpo humano e diagnosticar doenças. No entanto, no caso do átomo, o processo só foi possível graças à tecnologia de tunelamento por varredura, um microscópio com uma “ponta” de metal que permite aos cientistas digitalizar átomos individuais.

Os dois elementos analisados neste trabalho foram ferro e titânio, ambos magnéticos. A ponta de metal do microscópio serviu como uma máquina de ressonância magnética, realizando um mapa tridimensional dos átomos com uma resolução nunca antes alcançada.

O mapa foi feito através de uma varredura da interacção entre dois spins – possíveis orientações de partículas subatómicas carregadas -, um na ponta do metal e outro na amostra que passou pela ressonância magnética.

“A interacção magnética que medimos depende das propriedades de ambos os spins, o da ponta e o da amostra. Por exemplo, o sinal que vemos para os átomos de ferro é muito diferente dos átomos de titânio, o que nos permite distinguir diferentes tipos de átomos pela sua assinatura de campo magnético, tornando esta técnica muito poderosa”, explicou o principal autor do estudo, Philip Willke, ao portal Phys.org.

As áreas claras marcam as posições em que o campo magnético do átomo é o mesmo.

A técnica tem muitas aplicações possíveis, nomeadamente nos campos da computação quântica e da medicina, para desenvolver novos materiais e medicamentos.

O próximo passo desta investigação é utilizar a tecnologia para pesquisar estruturas e fenómenos mais complexos, assim como mapear moléculas e materiais magnéticos.

“Muitos fenómenos magnéticos ocorrem em escala nanométrica, incluindo a recente geração de dispositivos de armazenamento magnético. Queremos estudar uma variedade de sistemas através da nossa ressonância magnética microscópica”, adiantou Yujeong Bae, outro investigador que participou no estudo, publicado recentemente na Nature Physics.

Estou muito animado com os resultados. É certamente um marco e tem implicações muito promissoras para investigações futuras. A capacidade de mapear spins e os seus campos magnéticos com precisão permite-nos obter um conhecimento mais profundo sobre a estrutura da matéria e abre novos campos de pesquisa básica”, concluiu Andreas Heinrich, diretor do Centro de Nanociência Quântica.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
1 Agosto, 2019

 

2327: Revelada a primeira fotografia de entrelaçamento quântico

CIÊNCIA

Universidade de Glasgow

Pela primeira vez na História, os cientistas capturaram uma fotografia de entrelaçamento quântico – um fenómeno tão estranho que o físico Albert Einstein o descreveu como “uma acção fantasmagórica à distância”.

A imagem foi capturada por físicos da Universidade de Glasgow, na Escócia. Esta fotografia cinzenta e difusa é a primeira vez que vemos a interacção de partículas que sustenta a estranha ciência da mecânica quântica e forma a base da computação quântica.

O emaranhamento quântico ocorre quando duas partículas se tornam inextricavelmente ligadas e o que quer que aconteça com uma afecta imediatamente a outra, independentemente de quão distantes estejam.

Esta fotografia em particular mostra o entrelaçamento entre dois fotões – duas partículas de luz, que estão a interagir e, por um breve momento, a compartilhar estados físicos.

Paul-Antoine Moreau, primeiro autor do artigo em que a imagem foi revelada, publicado a 12 de Julho na revista Science Advances, disse à BBC que a imagem era “uma elegante demonstração de uma propriedade fundamental da natureza”.

Para capturar a fotografia, Moreau e uma equipa de físicos criaram um sistema que explodiu fluxos de fotões entrelaçados no que descreveram como “objectos não convencionais”. A experiência envolveu a captura de quatro imagens dos fotões em quatro diferentes transições de fase.

Universidade de Glasgow

Os físicos dividiram os fotões emaranhados e percorreram um feixe através de um material de cristal líquido conhecido como borato de bário, desencadeando quatro transições de fase. Ao mesmo tempo, capturaram fotos do par entrelaçado a passar pelas mesmas transições de fase, mesmo não tendo passado pelo cristal líquido.

A câmara conseguiu capturar imagens dessas imagens ao mesmo tempo, mostrando que ambas mudaram da mesma maneira, apesar de estarem divididas. Noutras palavras, estavam emaranhadas.

Enquanto Einstein tornou famoso o emaranhamento quântico, o falecido físico John Stewart Bell ajudou a definir o entrelaçamento quântico e estabeleceu um teste conhecido como “Desigualdade de Bell”.

A chamada desigualdade de Bell é satisfeita apenas se as acções num local não puderem afectar outro lugar instantaneamente e os resultados das medições forem bem definidos de antemão – algo apelidado de “realismo local”.

Bell mostrou, teoricamente, que o entrelaçamento quântico violaria a sua teoria da desigualdade, mas teorias realistas contendo as variáveis ocultas, não. Isto ocorre porque a ligação entre partículas entrelaçadas é mais forte do que Einstein queria acreditar. Se a correlação medida entre pares de partículas de uma experiência fosse acima de um determinado limiar, seria inconsistente com variáveis ocultas e a teoria do emaranhamento quântico estaria correta.

“Aqui, relatamos uma experiência demonstrando a violação de uma desigualdade de Bell dentro das imagens observadas”, escreve a equipa. “Esse resultado abre o caminho para novos esquemas de imagens quânticas e sugere a promessa de esquemas de informação quântica baseados em variáveis espaciais”.

ZAP //

Por ZAP
17 Julho, 2019

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2300: Teoria de Einstein pode não ser a única explicação da gravidade

CIÊNCIA

(dr)
Albert Einstein, Prémio Nobel da Física em 1921

Uma equipa de físicos usou supercomputadores para simular o cosmos partindo de um modelo alternativo à teoria de Albert Einstein.

Físicos sugerem num estudo publicado esta segunda-feira que a Teoria da Relatividade Geral de Einstein poderá não ser a única forma de explicar como funciona a gravidade ou como se formam as galáxias. O estudo, publicado na revista da especialidade “Nature Astronomy”, foi conduzido por investigadores da Universidade de Durham, no Reino Unido.

Segundo a agência noticiosa espanhola Efe, que cita o estudo, uma equipa de físicos usou supercomputadores (computadores com maior capacidade de processamento de dados do que os convencionais) para simular o cosmos partindo de um modelo alternativo à teoria de Albert Einstein (1879-1955), a Teoria dos Camaleões, assim chamada porque muda de comportamento em função do meio envolvente.

De acordo com os cientistas da Universidade de Durham, as galáxias como a Via Láctea poderão ter-se formado segundo leis diferentes das da gravitação.

Publicada em 1915, a Teoria da Relatividade Geral constitui a descrição actual da gravitação na física moderna. Segundo Einstein, a gravitação não é uma força, mas uma curvatura no espaço-tempo provocada por uma massa como o Sol.

Os cientistas sabiam, a partir de cálculos teóricos, que a Teoria dos Camaleões podia reproduzir o sucesso da relatividade no Sistema Solar. O que a equipa da Universidade de Durham terá feito foi demonstrar que esta teoria explica a formação real de galáxias.

Para o físico Christian Arnold, do Instituto de Cosmologia da universidade britânica, as conclusões do estudo não significam que a Teoria da Relatividade Geral “seja incorrecta”, mas revelam, em seu entender, que “não tem que ser a única forma de explicar o papel da gravidade na evolução do Universo”.

O estudo, de acordo com os seus autores, poderá ajudar a compreender a ‘energia escura’, que tende a acelerar a expansão do Universo.

Os cientistas esperam que as conclusões da sua investigação possam ser confirmadas pelo telescópio SKA, que se apresenta como o maior radiotelescópio do mundo, com participação portuguesa, e que deverá começar a operar em 2020.

ZAP // Lusa

Por ZAP
9 Julho, 2019

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2294: Cientistas querem abrir “um portal para o mundo paralelo”

CIÊNCIA

Chingster23 / Flickr

A física Leah Broussard, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no estado norte-americano do Tennessee, prepara-se para demonstrar a existência de um “universo espelho” composto por um material semelhante ao do nosso mundo.

A informação foi avançada pela especialista em declarações à cadeia televisiva NBC. De acordo com Broussard, o “universo espelho”, que deverá ser testado este verão, é composto por um tipo de matéria escura, a misteriosa matéria que ocupa cerca de 85% do Universo e não pode ser observada excepto através da sua influência gravitacional.

“[O “universo espelho”] manifesta-se como uma cópia perfeita de partículas e interacções do Modelo Padrão de tal forma que a paridade e a inversão do tempo são simetrias exactas (…) [este universo] interage muito fracamente com o nosso Universo conhecido, principalmente do ponto de vista gravitacional”, pode ler-se num estudo publicado no arXiv.org em 2017 por uma equipa de cientistas liderados por Broussard.

No entanto, a física acredita que a matéria escura pode ser detectada se um feixe de partículas subatómicas acelerado com um íman poderoso colidir com uma parede impenetrável – e é exactamente esta experiência que vai levar agora levar a cabo.

Se a teoria da “matéria-espelho” estiver correta, algumas desta partículas vão tornar-se “imagens espelhadas” de si mesmas e continuarão o seu movimento para trás da barreira. “Este é um experimento experimental bastante simples que improvisamos com peças que descobrimos, usando os equipamentos e recursos que já tínhamos disponíveis”.

Apesar da sua simplicidades, a experiência – que os média rotularam já como uma tentativa de “abrir um portal para o mundo paralelo” – pode refutar a visão existente sobre o mundo criado pela Física convencional. “Se descobrirmos algo novo deste género, o jogo muda completamente”, assegurou a cientista.

A cientista não acredita, contudo, que seja possível encontrar vida inteligente no “universo paralelo”. Ainda assim, Broussard não duvida que o “universo-espelho” seja tão complexo quanto o nosso. “É improvável que na matéria escura existam pessoas (…) mas é muito provável que a matéria escura seja tão rica quanto a nossa“, assume Broussard.

ZAP //

Por ZAP
9 Julho, 2019

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2260: A vida pode (teoricamente) existir num universo 2D

CIÊNCIA

MathewKennedy / Deviant Art

A nossa realidade viva acontece num universo tridimensional. Apesar de ser difícil imaginar um universo com apenas duas dimensões, novos cálculos indicam que poderia teoricamente suportar vida.

James Scargill, da Universidade da Califórnia, em Davis, quis testar o princípio antrópico – que estabelece que qualquer teoria válida sobre o universo tem que ser consistente com a existência do ser humano. Na prática, segundo esta ideia filosófica, os universos não podem existir se não houver vida no interior.

O físico analisou a ideia de vida em dimensões 2+1, em que +1 é a dimensão do tempo. Segundo o Science Alert, o cientista defende que a comunidade científica terá de repensar tanto a física quanto a filosofia de viver fora das dimensões 3+1 às quais estamos acostumados.

“Há dois argumentos principais contra a possibilidade de vida em dimensões 2+1: a falta de uma força gravitacional local e o limite newtoniano na relatividade geral 3D, e a afirmação de que a restrição a uma topologia planar significa que as possibilidades são demasiado simples para que a vida exista”, escreve Scargill no artigo científico.

Os cálculos do especialista são muito sofisticados, mas mostram que, em teoria, poderia existir um campo gravitacional escalar em duas dimensões, permitindo assim gravidade e, portanto, a cosmologia num universo 2D.

No entanto, para a vida emergir é necessário um nível de complexidade tal que, neste caso, pode ser simbolizado por redes neurais. Os nossos cérebros são altamente complexos e existem em 3D, pelo que tendemos a pensar que uma rede neural não poderia funcionar em apenas duas dimensões.

Mas Scargill demonstra que certos tipos de gráficos bidimensionais planares compartilham propriedades com redes neurais biológicas. Estes gráficos podem ser combinados de maneiras que se assemelham à função modular das redes neurais. Aliás, até exibem aquilo que é conhecido como propriedades do mundo pequeno, em que uma rede complexa pode ser cruzada num pequeno número de etapas.

Em suma, de acordo com a física descrita por Scargill, os universos 2D poderiam sustentar vida. Isto não significa, porém, que estes universos existem: o artigo apenas apresenta dois fortes argumentos que sugerem que os universos 2+1 precisam de uma séria reconsideração.

O artigo científico ainda não passou pela revisão por pares, mas já foi avaliado por cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT), que afirmam que esta pesquisa enfraquece, de facto, o princípio antrópico.

Como não temos nenhuma máquina para atravessar o universo, este tipo de pesquisa pode parecer extremamente teórico, mas a reflexão de Scargill abre alguns caminhos para investigações futuras – inclusivamente a possibilidade de, um dia, simularmos um universo 2D, através da computação quântica.

“Seria interessante determinar se existem outros impedimentos à vida até agora negligenciados, bem como continuar a procurar explicações não-antrópicas para a dimensionalidade do espaço-tempo”, escreveu Scargill, no artigo científico disponível no arXiv.org.

ZAP //

Por ZAP
2 Julho, 2019

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2195: Os elementos pesados da Terra nasceram em explosões de super-nova

Impressão de artista de um colapsar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

O ouro das nossas jóias é de outro mundo – e isto não é apenas um elogio.

Numa descoberta que pode derrubar a nossa compreensão de onde os elementos pesados da Terra, como ouro e platina, vêm, uma nova investigação feita por um físico da Universidade de Guelph sugere que a maior parte destes materiais foram expelidos por um tipo de explosão estelar largamente negligenciada, bem longe no espaço e no tempo.

Cerca de 80% dos elementos pesados do Universo formaram-se provavelmente em colapsares, uma forma rara de explosão de super-nova, mas rica em elementos pesados, após o colapso de estrelas massivas e velhas tipicamente 30 vezes mais massivas do que o nosso Sol, disse o professor de física Daniel Siegel.

Essa descoberta anula a ideia generalizada de que estes elementos vêm principalmente de colisões entre estrelas de neutrões ou entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, explicou Siegel.

O seu trabalho, em co-autoria com colegas da Universidade de Columbia, foi publicado na revista Nature.

Usando supercomputadores, os três cientistas simularam a dinâmica dos colapsares, ou estrelas antigas cuja gravidade faz com que implodam e formem buracos negros.

No seu modelo, os colapsares massivos e com rápida rotação ejectam elementos pesados, cujas quantidades e distribuição são “surpreendentemente semelhantes ao que observamos no nosso Sistema Solar,” explicou Spiegel.

A maioria dos elementos encontrados na natureza foram produzidos em reacções nucleares em estrelas e, finalmente, expelidos por enormes explosões estelares.

Os elementos pesados encontrados na Terra e noutras partes do Universo, de explosões remotas, variam de ouro a platina, de urânio a plutónio usados em reactores nucleares, até elementos químicos mais exóticos como o neodímio, encontrado em produtos electrónicos.

Até agora, os cientistas pensavam que estes elementos eram “cozinhados” principalmente em colisões estelares envolvendo estrelas de neutrões ou buracos negros, como numa colisão entre duas estrelas de neutrões observada por detectores terrestres bastante noticiada em 2017.

Ironicamente, disse Siegel, a sua equipa começou a trabalhar para entender a física dessa fusão antes das suas simulações apontarem para os colapsares como uma incubadora de elementos pesados. “A nossa investigação sobre estrelas de neutrões levou-nos a pensar que o nascimento de buracos negros, num tipo muito diferente de explosão estelar, podia produzir ainda mais ouro do que as fusões entre estrelas de neutrões.”

O que aos colapsares falta em frequência, compensa no fabrico de elementos pesados, realçou Siegel. Os colapsares também produzem flashes intensos de raios-gama.

“Oitenta por cento destes elementos pesados que vemos devem vir dos colapsares. Os colapsares são bastante raros em termos de ocorrência de super-novas, ainda mais raros do que as fusões de estrelas de neutrões – mas a quantidade de material ejectado para o espaço é muito maior do que a das fusões de estrelas de neutrões.”

A equipa espera agora ver o seu modelo teórico validado por observações. Siegel disse que instrumentos infravermelhos como os do Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2021, devem ser capazes de detectar a radiação indicadora de elementos pesados de um colapsar numa galáxia distante.

“Essa seria uma assinatura clara,” disse, acrescentando que os astrónomos também podem detectar evidências de colapsares observando as quantidades e a distribuição de elementos pesados noutras estrelas da nossa Via Láctea.

Siegel salientou que esta investigação pode fornecer pistas sobre a formação da nossa Galáxia.

“Tentar descobrir de onde vêm os elementos pesados pode ajudar-nos a entender como a Via Láctea foi ‘montada’ quimicamente e como se formou. Isto pode realmente ajudar a resolver algumas grandes questões da cosmologia, já que os elementos pesados são um bom rastreador.”

Este ano assinala-se o 150.º aniversário da criação da tabela periódica dos elementos químicos de Dmitri Mendeleev. Desde então, os cientistas acrescentaram muitos outros elementos à tabela periódica, um marco dos livros escolares e científicos de todo o mundo.

Referindo-se ao químico russo, Siegel disse: “Conhecemos muitos outros elementos químicos que ele não conhecia. O que é fascinante e surpreendente é que, após 150 anos a estudar os blocos fundamentais da natureza, ainda não entendemos bem como o Universo produz uma grande parte dos elementos da tabela periódica.”

Astronomia On-line
18 de Junho de 2019

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2170: Stephen Hawking estava certo. Buracos negros podem evaporar-se

CIÊNCIA

JPL-Caltech / NASA

Em 1974, Stephen Hawking fez uma das suas mais famosas predições: que os buracos negros poderiam, eventualmente, evaporar-se.

De acordo com a teoria de Hawking, os buracos negros não são perfeitamente “negros”. Em vez disso, emitem partículas. Essa radiação, acreditava o cientista, poderia eventualmente extrair energia e massa suficientes dos buracos negros para fazer com que desaparecessem. A teoria é amplamente aceite como verdadeira, mas já foi quase impossível provar.

Pela primeira vez, no entanto, os físicos mostraram a indescritível radiação de Hawking – pelo menos em laboratório. Embora a radiação de Hawking seja demasiado fraca para ser detectada no espaço pelos nossos instrumentos actuais, os físicos já viram a radiação num buraco negro analógico criado usando ondas sonoras e algumas das mais frias e estranhas matérias do universo.

Os buracos negros exercem uma força gravitacional incrivelmente poderosa que até mesmo um fotão, que viaja à velocidade da luz, não conseguiria escapar. Enquanto o vácuo do espaço é geralmente visto como vazio, a incerteza da mecânica quântica dita que o vácuo está repleto de partículas virtuais que entram e saem da existência em pares matéria-antimatéria.

Normalmente, depois de um par de partículas virtuais aparecer, aniquilam-se imediatamente. Ao lado de um buraco negro, no entanto, as forças extremas da gravidade, em vez disso, separam as partículas, com uma partícula absorvida pelo buraco negro, enquanto a outra é disparada para o espaço.

A partícula absorvida tem energia negativa, o que reduz a energia e a massa do buraco negro. Engolindo suficientes partículas virtuais, o buraco negro acabará eventualmente por evaporar. A partícula que escapa é conhecida como radiação de Hawking. Essa radiação é demasiado fraca e é impossível actualmente observá-la no espaço.

O físico Jeff Steinhauer e os seus colegas do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa usaram um gás extremamente frio chamado condensado de Bose-Einstein para modelar o horizonte de eventos de um buraco negro, a fronteira invisível além da qual nada pode escapar. Num fluxo desse gás, colocaram um penhasco, criando uma “cascata” de gás. Quando o gás fluía sobre a cascata, transformava energia potencial em energia cinética para fluir mais rápido do que a velocidade do som.

Em vez de partículas de matéria e antimatéria, os investigadores usaram pares de fonões, ou ondas sonoras quânticas, no fluxo de gás. O fonão no lado lento conseguia viajar contra o fluxo do gás, longe da cascata, enquanto o fonão no lado rápido não conseguia, ficando preso pelo “buraco negro” do gás supersónico.

“É como se estivesse a tentar nadar contra uma corrente mais rápida do que poderia nadar”, disse Steinhauer ao Live Science. “Isso é análogo a um fotão num buraco negro a tentar sair, mas a ser puxado pela gravidade da maneira errada”.

Hawking previu que a radiação das partículas emitidas estaria num espectro contínuo de comprimentos de onda e energias. O físico também disse que poderia ser descrito por uma única temperatura que dependesse apenas da massa do buraco negro. A recente experiência confirmou ambas as previsões no buraco negro sónico.

Este estudo é um passo ao longo de um longo processo. Por outro lado, este estudo não mostrou os pares de fonões a ser correlacionados a nível quântico, que é outro aspecto importante das previsões de Hawking.

ZAP //

Por ZAP
14 Junho, 2019

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2157: A Terra pode mesmo ser engolida por um buraco negro

CIÊNCIA

ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse

Um físico da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, afirmou recentemente que há possibilidade de o planeta Terra ser engolido por um buraco negro.

Não é uma hipótese tão remota quanto imaginávamos. A Via Láctea tem um buraco negro super-massivo no seu centro que, um dia, colidirá com o buraco negro super-massivo que vive na nossa vizinha Andrómeda. Desta colisão catastrófica, a Terra pode não sair ilesa.

Ao Daily Star, o físico Fabio Pacucci, da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, explicou que há dois tipos principais de buracos negros. Os menores, chamados buracos negros de massa estelar, que têm uma massa de até 100 vezes maior que a do nosso Sol, e os maiores, que são mil milhões de vezes maiores. Ambos podem destruir o nosso planeta, ou mesmo toda a galáxia, revelou.

O especialista acrescentou ainda que vários objectos destes género estão em movimento, “tão próximos quanto 3.000 anos-luz de distância”. Aliás, na nossa Via Láctea, pode mesmo haver “até 100 milhões de pequenos buracos negros“.

Estes buracos negros menores, completamente “vazios no Espaço”, representam um verdadeiro perigo, na medida em que são incertos. A probabilidade de colisão é muito pequena, mas basta uma “passagem rasante” entre buracos negros para empurrar o nosso planeta para o forno nuclear e, assim, engolir a Terra.

“Apesar da sua grande massa, os buracos negros estelares têm apenas um raio de cerca de 300 quilómetros ou menos, tornando minúsculas as hipóteses de um impacto directo com a Terra. Apesar de os seus campos gravitacionais poderem afectar um planeta a grande distância, eles podem ser perigosos mesmo sem uma colisão directa”, disse o especialista.

Pacucci ressaltou ainda que “se um típico buraco negro de massa estelar passasse na região de Neptuno, a órbita da Terra seria consideravelmente modificada, com resultados terríveis”.

Quanto aos buracos negros super-massivos, o físico alertou que “estes gigantes podem atingir proporções imensas, engolindo matéria e fundindo-se com outros buracos negros”. “Ao contrário dos seus primos estelares, os buracos negros super-massivos não estão a vaguear pelo Espaço. O nosso Sistema Solar está numa órbita estável em torno de um buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea, a uma distância segura de 25.000 anos-luz”, esclarece o cientista, avisando no entanto que “isso pode mudar“.

“Se a nossa galáxia colidir com outra, a Terra pode ser lançada para o centro galáctico, suficientemente perto do buraco negro super-massivo para ser eventualmente engolida. Prevê-se que uma colisão com a galáxia Andrómeda aconteça daqui a quatro mil milhões de anos”, rematou.

ZAP // SputnikNews

Por ZAP
12 Junho, 2019

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2139: Físicos estão à procura de uma partícula de Deus gigante. Pode selar o destino do Universo

CIÊNCIA

(CC0/PD) insspirito / pixabay

O Bosão de Higgs, celebrizado como “Partícula de Deus”, é uma peça de um campo que permeia todo o espaço-tempo. Interage com muitas partículas, como electrões e quarks, fornecendo massa a essas partículas.

Quando, em 2012, os cientistas do Grande Colisionador de Hadrões, LHC, confirmaram a existência do Higgs foi um grande avanço. A descoberta preencheu a última peça que faltava no Modelo Padrão da Física, que explica o comportamento das minúsculas partículas subatómicas. A descoberta veio também a confirmar as suposições básicas dos físicos sobre a forma como o universo funciona.

Mas o Higgs que os cientistas encontraram é surpreendentemente leve. Segundo as estimativas, deveria ter sido muito mais pesado. Isso abre uma questão interessante: vimos um Bosão de Higgs, mas é o único? Há mais vagueando por aí?

Apesar de não haver ainda nenhuma evidência de um Higgs mais pesado, uma equipa de investigadores está à sua procura. Há rumores de que, à medida que os protões são esmagados no interior do colisionador, Higgs pesadas e até mesmo partículas de Higgs feitas de vários tipos de Higgs podem sair de onde se escondem.

Se o Higgs pesado realmente existe, precisamos de reconfigurar a nossa compreensão do Modelo Padrão da física de partículas com a nova descoberta de que há muito mais. E dentro dessas complexas interacções, pode haver uma pista para tudo, desde a massa da partícula fantasmagórica de neutrinos até o destino final do universo.

Sem o bosão de Higgs, praticamente todo o Modelo Padrão desaba. Mas para falar sobre o bóson de Higgs, primeiro precisamos de entender como o Modelo Padrão vê o universo. Na nossa melhor concepção do mundo subatómico usando o Modelo Padrão, o que pensamos como partículas não é muito importante. Em vez disso, existem campos.

Esses campos permeiam e absorvem todo o espaço e o tempo. Existe um campo para cada tipo de partícula: um para electrões, outro para fotões e assim por diante. O que se pensa como partículas são pequenas vibrações locais nos seus campos particulares.

O bosão de Higgs tem um tipo especial de campo. Como os outros campos, permeia todo o espaço e o tempo e também consegue interagir com os campos de todos os outros. Mas o campo de Higgs tem dois trabalhos muito importantes para fazer que não podem ser alcançados por nenhum outro campo.

O primeiro é conversar com os bosões W e Z, os portadores da força nuclear fraca. Ao falar com esses outros bosões, o Higgs consegue dar-lhes massa e garantir que fiquem separados dos fotões, os portadores da força electromagnética. Sem a interferência do Higgs, todas as operadoras seriam misturadas e essas duas forças se fundiriam. O outro é falar com outras partículas, como electrões. Através das conversas, também lhes dá massa.

Tudo isto foi trabalhado na década de 1960 através de uma série de matemática complicada, mas há um problema na teoria: não há uma maneira real de prever a massa exacta do bosão de Higgs. Quando se procura a partícula, não se sabe exactamente o que e onde se vai encontrá-la.

Em 2012, cientistas do LHC anunciaram a descoberta do bosão de Higgs depois de descobrirem que algumas das partículas que representam o campo de Higgs foram produzidas quando os protões foram esmagados um no outro a velocidades próximas à da luz. As partículas tinham uma massa de 125 gigaelectrão-volts (GeV), equivalente a 125 protões – pesado, mas não incrivelmente grande.

Os físicos não tinham uma previsão firme para a massa do bosão de Higgs. Mas existem algumas meias-previsões sobre a massa do bosão de Higgs com base na maneira como interage com outra partícula, o quark superior. Esses cálculos prevêem um número muito superior a 125 GeV. Porém, as previsões podem estar erradas.

Poderia haver uma infinidade de bosões de Higgs que são muito pesados ​​para vermos com nossa actual geração de colisionadores de partículas. Algumas teorias especulativas que impulsionam o conhecimento da física além do Modelo Padrão prevêem a existência desses bosões pesados ​​de Higgs. A natureza exacta desses caracteres adicionais de Higgs depende da teoria que vai de apenas um ou dois campos de Higgs extra-pesados ​​até estruturas compostas feitas de vários tipos diferentes de bosões de Higgs juntos.

Teóricos estão a tentar encontrar qualquer maneira possível de testar as teorias, uma vez que a maioria delas é simplesmente inacessível às experiências atuais. Num artigo recente submetido ao Journal of High Energy Physics, e publicado na revista pré-impressa arXiv, uma equipa de físicos avançou uma proposta para procurar a existência de mais bosões de Higgs, com base na maneira peculiar como as partículas podem decair em partículas mais leves e mais facilmente reconhecíveis, como electrões, neutrinos e fotões.

No entanto, esses decaimentos são extremamente raros, de modo que, embora possamos, em princípio, encontrá-los com o LHC, serão necessários muito mais anos para recolher dados suficientes.

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8 Junho, 2019



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2132: Físicos descobriram uma forma de salvar o gato de Schrödinger

CIÊNCIA

oliviermartins / Flickr

Investigadores da Universidade de Yale, nos EUA, descobriram como capturar o famoso gato de Schrödinger, um símbolo de super-posição quântica, antecipando os seus saltos e agindo em tempo real para “salvá-lo”.

A descoberta, que anula anos de dogma fundamental na física quântica, permite que os investigadores criem um sistema de alerta antecipado para saltos iminentes de átomos artificiais que contêm informações quânticas. Um estudo que anuncia a descoberta foi publicado na edição online da revista Nature.

O gato de Schrödinger é um paradoxo bem conhecido que é usado para ilustrar o conceito de super-posição, a capacidade de existir dois estados opostos simultaneamente, e a imprevisibilidade da física quântica. A ideia é que um gato seja colocado numa caixa selada com uma fonte radioactiva e um veneno que será activado se um átomo da substância radioactiva se desintegrar.

A teoria da super-posição da física quântica sugere que, até que alguém abra a caixa, o gato está vivo e morto, uma super-posição de estados. Abrindo a caixa para observar o gato muda abruptamente o seu estado quântico aleatoriamente, forçando-o a estar vivo ou morto. O salto quântico é a mudança discreta, não contínua e aleatória no estado quando observada.

‘No Matter’ Project / Flickr
O Gato de Schrödinger, que está vivo e morto enquanto está dentro da caixa, é um dos paradigmas da Mecânica Quântica

A experiência, realizada no laboratório de Michel Devoret e do autor principal Zlatko Minev, assemelha-se pela primeira vez ao funcionamento real de um salto quântico. Os resultados revelam uma descoberta surpreendente que contradiz a opinião estabelecida do físico dinamarquês Niels Bohr: os saltos não são abruptos ou tão aleatórios quanto se pensava anteriormente.

Para um pequeno objecto tal como um electrão, uma molécula ou átomo que contém informação quântica artificial do salto quântico é a transição súbita de um dos seus estados de outra energia discretos. No desenvolvimento de computadores quânticos, os investigadores devem lidar com os saltos dos qbits, que são as manifestações dos erros nos cálculos.

Os enigmáticos saltos quânticos foram teorizados por Bohr há um século, mas não foram observados até a década de 1980, em átomos. “Estes saltos ocorrem sempre que medimos um qbit. Sabe-se que saltos quânticos são imprevisíveis a longo prazo. Apesar disso, queríamos saber se seria possível obter um aviso antecipado de que um salto está prestes a acontecer em breve”, explicou em comunicado Devoret.

Minev observou que a experiência foi inspirada por uma previsão teórica de Howard Carmichael, da Universidade de Auckland, pioneiro da teoria da trajectória quântica e co-autor do estudo. Além do seu impacto fundamental, a descoberta é um avanço em potencial no entendimento e controle da informação quântica. Cientistas dizem que a gestão confiável de dados quânticos e a correcção de erros, à medida que ocorrem, é um desafio-chave em no desenvolvimento de computadores quânticos completamente úteis.

A equipa de Yale usou uma abordagem especial para monitorizar indirectamente um átomo artificial supercondutor, com três geradores de micro-ondas que irradiam o átomo contido numa cavidade 3D feita de alumínio. O método de monitorização duplamente indirecto, desenvolvido pela Minev para circuitos super-condutores, permite aos físicos observar o átomo com eficiência sem precedentes.

A radiação de micro-ondas agita o átomo artificial à medida que é observado simultaneamente, resultando em saltos quânticos. O pequeno sinal quântico dos saltos pode ser amplificado sem perder a temperatura ambiente. Aqui, o sinal pode ser monitorizado em tempo real. Isso permitiu aos investigadores ver uma súbita ausência de fotões de detecção. Esta pequena ausência é a advertência antecipada de um salto quântico.

(CC0/PD) geralt / pixabay

“O efeito mostrado por esta experiência é o aumento da coerência durante o salto, apesar da sua observação”, assinala Devoret e Minev. É possível também reverter os saltos e este é um ponto crucial, de acordo com os investigadores. Enquanto os saltos quânticos aparecem discretos e aleatórios a longo prazo, reverter um salto quântico significa que a evolução do estado quântico tem, em parte, um carácter determinado e não aleatório. O salto ocorre da mesma maneira previsível do seu ponto de partida aleatório.

“Os saltos quânticos de um átomo são um pouco análogos à erupção de um vulcão, são completamente imprevisíveis a longo prazo, mas com a supervisão correta podemos detectar um aviso antecipado de um desastre iminente e agir antes de acontecer”.

ZAP //

Por ZAP
7 Junho, 2019



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2121: Physicists Search for Monstrous Higgs Particle. It Could Seal the Fate of the Universe.

Credit: Shutterstock

We all know and love the Higgs boson — which to physicists’ chagrin has been mistakenly tagged in the media as the “God particle” — a subatomic particle first spotted in the Large Hadron Collider (LHC) back in 2012. That particle is a piece of a field that permeates all of space-time; it interacts with many particles, like electrons and quarks, providing those particles with mass, which is pretty cool.

But the Higgs that we spotted was surprisingly lightweight. According to our best estimates, it should have been a lot heavier. This opens up an interesting question: Sure, we spotted a Higgs boson, but was that the only Higgs boson? Are there more floating around out there doing their own things?

Though we don’t have any evidence yet of a heavier Higgs, a team of researchers based at the LHC, the world’s largest atom smasher, is digging into that question as we speak. And there’s talk that as protons are smashed together inside the ring-shaped collider, hefty Higgs and even Higgs particles made up of various types of Higgs could come out of hiding. [Beyond Higgs: 5 Elusive Particles That May Lurk in the Universe]

If the heavy Higgs does indeed exist, then we need to reconfigure our understanding of the Standard Model of particle physics with the newfound realization that there’s much more to the Higgs than meets the eye. And within those complex interactions, there might be a clue to everything from the mass of the ghostly neutrino particle to the ultimate fate of the universe.

Without the Higgs boson, pretty much the whole Standard Model comes crashing down. But to talk about the Higgs boson, we first need to understand how the Standard Model views the universe.

In our best conception of the subatomic world using the Standard Model, what we think of as particles aren’t actually very important. Instead, there are fields. These fields permeate and soak up all of space and time. There is one field for each kind of particle. So, there’s a field for electrons, a field for photons, and so on and so on. What you think of as particles are really local little vibrations in their particular fields. And when particles interact (by, say, bouncing off of each other), it’s really the vibrations in the fields that are doing a very complicated dance. [The 12 Strangest Objects in the Universe]

The Higgs boson has a special kind of field. Like the other fields, it permeates all of space and time, and it also gets to talk and play with everybody else’s fields.

But the Higgs’ field has two very important jobs to do that can’t be achieved by any other field.

Its first job is to talk to the W and Z bosons (via their respective fields), the carriers of the weak nuclear force. By talking to these other bosons, the Higgs is able to give them mass and make sure that they stay separated from the photons, the carriers of electromagnetic force. Without the Higgs boson running interference, all these carriers would be merged together and those two forces would merge together.

The other job of the Higgs boson is to talk to other particles, like electrons; through these conversations, it also gives them mass. This all works out nicely, because we have no other way of explaining the masses of these particles.

This was all worked out in the 1960s through a series of complicated but assuredly elegant math, but there’s just one tiny hitch to the theory: There’s no real way to predict the exact mass of the Higgs boson. In other words, when you go looking for the particle (which is the little local vibration of the much larger field) in a particle collider, you don’t know exactly what and where you’re going to find it. [The 11 Most Beautiful Mathematical Equations]

In 2012, scientists at the LHC announced the discovery of the Higgs boson after finding a few of the particles that represent the Higgs’ field had been produced when protons were smashed into one another at near light-speed. These particles had a mass of 125 gigaelectronvolts (GeV), or about the equivalent of 125 protons — so it’s kind of heavy but not incredibly huge.

At first glance, all that sounds fine. Physicists didn’t really have a firm prediction for the mass of the Higgs boson, so it could be whatever it wanted to be; we happened to find the mass within the energy range of the LHC. Break out the bubbly, and let’s start celebrating.

Except that there are some hesitant, kind-of-sort-of half-predictions about the mass of the Higgs boson based on the way it interacts with yet another particle, the top quark. Those calculations predict a number way higher than 125 GeV. It could just be that those predictions are wrong, but then we have to circle back to the math and figure out where things are going haywire. Or the mismatch between broad predictions and the reality of what was found inside the LHC could mean that there’s more to the Higgs boson story.

There very well could be a whole plethora of Higgs bosons out there that are too heavy for us to see with our current generation of particle colliders. (The mass-energy thing goes back to Einstein’s famous E=mc^2 equation, which shows that energy is mass and mass is energy. The higher a particle’s mass, the more energy it has and the more energy it takes to create that hefty thing.)

In fact, some speculative theories that push our knowledge of physics beyond the Standard Model do predict the existence of these heavy Higgs bosons. The exact nature of these additional Higgs characters depends on the theory, of course, ranging anywhere from simply one or two extra-heavy Higgs fields to even composite structures made of multiple different kinds of Higgs bosons stuck together.

Theorists are hard at work trying to find any possible way to test these theories, since most of them are simply inaccessible to current experiments. In a recent paper submitted to the Journal of High Energy Physics, and published online in the preprint journal arXiv, a team of physicists has advanced a proposal to search for the existence of more Higgs bosons, based on the peculiar way the particles might decay into lighter, more easily-recognizable particles, such as electrons, neutrinos and photons. However, these decays are extremely rare, so that while we can in principle find them with the LHC, it will take many more years of searching to collect enough data.

When it comes to the heavy Higgs, we’re just going to have to be patient.

Originally published on Live Science.
By Paul Sutter, Astrophysicist



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2118: Físicos começam a suspeitar que a realidade não passa de uma ilusão

CIÊNCIA

Hersson Piratob / Flickr

A nova teoria pressupõe que a realidade física que conhecemos é, na verdade, uma mera ilusão. O cientista e filósofo Bernardo Kastrup, autor do artigo, afirma que a única coisa real é a informação.

Num artigo de opinião publicado em Março na Scientific American pelo cientista e filósofo Bernardo Kastrup explica que a realidade física não passa de uma ilusão. O holandês alega que a matéria não é real e que apenas o aparato dado para dar sentido às relações matemáticas dos objectos é que dissimula a realidade.

“Para alguns físicos, aquilo que chamamos ‘matéria’, com a sua solidez e concretude, é uma ilusão. Apenas o aparato matemático que eles criam nas suas teorias é verdadeiramente real, e não o mundo percebido que o aparato foi criado para descrever”, escreveu Kastrup.

O cientista refere que essa noção abstracta, chamada realismo da informação, tem um carácter filosófico, mas que sempre foi associado à física. Como tal, é dado o exemplo da divisão de átomos, que antigamente se julgava ser impossível acontecer, mas que agora sabe-se que é possível dividir átomos continuamente até que não reste forma nem solidez.

Assim, “atingem um ponto que os rotulamos de “energia”, que não passa de um termo conceptual abstracto para descrever a natureza e que carece de uma essência real e concreta.

Kastrup teoriza que a matéria surge do processamento da informação e não o contrário. “Até mesmo a mente é supostamente um fenómeno derivado da manipulação de informações puramente abstractas”, explicou.

Mas o que é a informação? Nem o cientista parece conseguir responder. “A informação é notoriamente um fenómeno polimórfico e polis-semântico, que pode ser associado a várias explicações, dependendo do nível de abstracção adoptado e do conjunto de requisitos que orientam uma teoria. A informação permanece um conceito indescritível“, diz no artigo, citando Luciano Floridi.

ZAP //

Por ZAP
5 Junho, 2019



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2051: Físico diz que Marte é o único planeta para onde humanos podem fugir

CIÊNCIA

Goddard Space Center / NASA

Segundo o físico Brian Cox, o Planeta Vermelho pode ser a única opção caso os humanos tenham de abandonar o planeta Terra. O cientista diz que “não podemos ficar aqui para sempre”.

O professor e apresentador Brian Cox prevê um futuro sombrio para os humanos que desejam viajar pelo Universo e pisar noutros planetas. O tablóide britânico Daily Star relata que o cientista teorizou, traçando a exploração da humanidade do nosso Sistema Solar, que o vizinho mais próximo do nosso planeta, Marte, incrustado por gelo, é “na verdade o único lugar” onde a humanidade pode ir além da Terra.

“Em qualquer cenário plausível, não há outro lugar para onde os humanos possam ir para começar a sair do planeta, a não ser Marte. Se pensarmos noutros planetas, não há nenhum que possamos ir”, afirmou Cox.

O físico não tem dúvidas de que os humanos um dia deixarão o planeta porque “não podermos ficar aqui para sempre”. “Pode ou não haver marcianos e precisamos de descobrir. Mas haverá marcianos se quisermos ter um futuro. Em algum momento seremos, nós mesmos, marcianos”, observou.

Não há muito tempo, Brian Cox destacou que o destino da humanidade poderia corresponder, não só a Marte, mas também a Vénus e Mercúrio, que poderiam ter tido oceanos e rios na superfície.

Cox e o co-autor da próxima edição do livro Planetas, Andrew Cohen, definiram Marte como o local mais provável para a evolução da vida. “Era uma vez um Planeta Vermelho que brilhava com uma luz azul. Os riachos corriam pelas encostas e os rios corriam pelos vales”, observaram.

Um dos mais persistentes entusiastas das viagens a Marte, fundador multimilionário da SpaceX e Tesla, Elon Musk, revelou anteriormente que a colonização do Planeta Vermelho poderia assegurar uma fuga para a raça humana em caso de um cenário apocalíptico iminente.

Numa sessão de perguntas e respostas no ano passado, Musk apontou “alguma probabilidade” de uma nova Era das Trevas, “especialmente se houver uma terceira guerra mundial”.

ZAP // Sputnik News

Por ZAP
26 Maio, 2019

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1993: Ondas gravitacionais deixam uma marca detectável, dizem os físicos

Quando dois buracos negros giram em órbita um do outro, irradiam ondas gravitacionais, libertando energia orbital e espiralando em direcção um do outro. Esta impressão de artista mostra as ondulações numa superfície bidimensional do espaço-tempo, para que as consigamos imaginar melhor.
Crédito: Swinburne Astronomy Productions

As ondas gravitacionais, detectadas pela primeira vez em 2016, abrem uma nova janela para o Universo, com o potencial de nos contar tudo sobre a época que se seguiu ao Big Bang até aos eventos mais recentes nos centros de galáxias.

E enquanto o detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) observa 24 horas por dia, 7 dias por semana, ondas gravitacionais que passam pela Terra, uma nova investigação mostra que essas ondas deixam para trás muitas “memórias” que podem ajudar a detectá-las mesmo depois de terem passado.

“Que as ondas gravitacionais deixam mudanças permanentes num detector depois de passarem, é uma das previsões mais invulgares da relatividade geral,” disse o candidato a doutoramento Alexander Grant, autor principal do artigo científico publicado na edição de 26 de Abril da revista Physical Review D.

Os físicos sabem há muito tempo que as ondas gravitacionais deixam uma espécie de memória nas partículas ao longo do caminho e identificaram cinco dessas memórias. Os investigadores descobriram agora mais três efeitos posteriores da passagem de uma onda gravitacional, “ondas gravitacionais persistentes observáveis” que podem um dia ajudar a identificar ondas que passam pelo Universo.

Cada nova onda observável, realça Grant, fornece diferentes maneiras de confirmar a teoria da relatividade geral e fornece informações sobre as propriedades intrínsecas das ondas gravitacionais.

Essas propriedades, dizem os cientistas, podem ajudar a extrair informações da Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas – radiação remanescente do Big Bang.

“Não antecipámos a riqueza e a diversidade do que podia ser observado,” explicou Éanna Flanagan, professor de física e de astronomia da Universidade de Cornell, no estado norte-americano de Nova Iorque.

“O que foi surpreendente, para mim, sobre esta investigação, é como diferentes ideias às vezes tinham uma relação inesperada,” disse Grant. “Nós considerámos uma grande variedade de observáveis diferentes e descobrimos que, muitas vezes, para saber mais sobre uma, temos que ter conhecimento da outra.”

Os investigadores identificaram três observáveis que mostram os efeitos de ondas gravitacionais numa região plana do espaço-tempo que sofre um surto de ondas gravitacionais, após o qual volta a ser uma região plana. O primeiro observável, “desvio de curva”, é quanto dois observadores em aceleração se separam um do outro, em comparação com a forma como observadores com as mesmas acelerações se separariam um do outro num espaço plano não perturbado por uma onda gravitacional.

O segundo observável, “holonomia”, é obtido transportando informações sobre o momento linear e angular de uma partícula ao longo de duas curvas diferentes através das ondas gravitacionais e comparando os dois resultados diferentes.

O terceiro analisa como as ondas gravitacionais afectam o deslocamento relativo de duas partículas quando uma das partículas tem uma rotação intrínseca.

Cada um destes observáveis é definido pelos investigadores de uma maneira que pode ser medida pelo detector. Os procedimentos de detecção para o desvio de curva e para as partículas em rotação são “relativamente simples de realizar,” escreveram os investigadores, necessitando apenas “um meio de medir a separação e para os observadores acompanharem as suas respectivas acelerações.”

A detecção da holonomia observável seria mais difícil, escreveram, “exigindo que dois observadores medissem a curvatura local do espaço-tempo (potencialmente transportando pequenos detectores de ondas gravitacionais).” Dado o tamanho necessário para o LIGO detectar até uma onda gravitacional, a capacidade de detectar os observáveis de holonomia está além do alcance da ciência actual, dizem os cientistas.

“Mas já vimos muitas coisas interessantes com ondas gravitacionais, e veremos muitas mais. Existem até planos para colocar um detector de ondas gravitacionais no espaço, que será sensível a fontes diferentes do LIGO,” conclui Flanagan.

Astronomia On-line
14 de Maio de 2019


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1972: O Universo tem “memória” graças às ondas gravitacionais

CIÊNCIA

C. Henze / NASA Ames Research Center

Uma equipa internacional de físicos estudou as ondas gravitacionais e descobriu que o Universo tem “memória” da sua passagem, uma vez que estas deixam alterações persistentes nas partículas pelas quais passam – no fundo, é como se as ondas gravitacionais deixassem “rugas” no tecido espaço-tempo.

Previstas pela primeira vez em 1916 por Albert Einstein, as ondas gravitacionais são ondulações extremamente rápidas na curvatura espaço-tempo que viajam à velocidade da luz desde a sua fonte para o exterior. Foram necessárias várias décadas para comprovar a sua existência, mas desde a primeira observação científica directa, em Setembro de 2015, as descobertas sobre estas ondas correm a bom ritmo. Cada vez mais, as ondas gravitacionais afirmam-se como uma janela científica para o Universo.

As “ondas gravitacionais persistentes observáveis” são ainda mais fracas do que as próprias ondas, mas os seus efeitos são mais extensos e os objectos pela ondas afectadas podem ser levemente deslocados, escreveram os cientistas na nova publicação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista científica Physical Review D.

Noutra palavras, os cientistas concluíram que as ondas gravitacional alteram permanentemente as propriedades das partículas pelas quais passam, deixando assim o seu rasto. Tratam-se de alterações – ou “rugas” no tecido do espaço-tempo.

A investigação contou uma equipa internacional de físicos e matemáticos e foi liderada pela cientista Eanna Flanagan, da universidade norte-americana de Cornell, em Nova Iorque.

Apesar de a equipa estar a braços com pequeníssimas mudanças causadas pelas ondas gravitacionais no Universo, os cientistas foram capazes de detectar os seus movimentos, exemplificando que uma colisão massiva, entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, por exemplo, pode gerar este tipo de ondas e, consequentemente, modificar o espaço-tempo com ondas de choque.

De acordo com Flanagan, a deformação é duradoura, uma vez que os objectos e partículas afectados não retomam imediatamente à sua posição normal e é exactamente este lag entre a passagem das ondas e retomar de posição que permite a sua detecção.

Na publicação, os cientistas explicam que para medir estas alterações tiveram que recorrer a um sólido arcabouço matemático, a partir do qual conseguiram detalhar mudanças subtis na aceleração, velocidade e rotação das partículas.

A investigação liderada por Flanagan corrobora os dados já avançados pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO), que tinha já detetado uma mudança permanente nas partículas afectadas pelas ondas gravitacionais.

O detector LIGO é um projecto muito importante no mundo das ondas gravitacionais. Logo depois de ter começado a sua actividade, registou cinco novas detecções no espaço de uma semana. Desde então, as descobertas continuam a um ritmo alucinante, mas o futuro do estudo das ondas gravitacionais é ainda promissor.

Os cientistas esperam que, à medida que sejam detectadas mais colisões entre titãs do Universo, possam ser acumulados mais dados para ser possível medir o impacto real e as consequências da passagem das ondas gravitacionais no espaço-tempo.

À semelhança da deformação causada pelas ondas gravitacionais, a Teoria da Relatividade Geral perdura e continua a ser mote de várias investigações volvidos mais de 100 anos desde a sua criação – e os seus “estragos” continuam a alimentar a Ciência.

SA, ZAP //

Por SA
13 Maio, 2019


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1877: Físicos acreditam que seriam capazes de o resgatar de um buraco negro (mas não arrisque)

NASA / JPL-Caltech

Um físico da Universidade de Harvard afirma que os wormholes são túneis que permitem cortar caminho no Universo. Por esse motivo, Daniel Jafferis acredita que é possível viajar por estes atalhos – uma viagem quase interminável, que demoraria muito mais tempo do que o normal.

Uma equipa de cientistas desenvolveu um método inédito – perigoso e incrivelmente lento – de cruzar o Universo. Daniel Jafferis, um físico da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, descreveu o método numa reunião da American Physical Society, no dia 13 de Abril. Segundo o especialista, envolve dois buracos negros entrelaçados, conectados através do espaço e do tempo.

De acordo com a Ciência, quando algo se aventura a entrar num wormhole, sabe que se arrisca a lá ficar, uma vez que é necessária energia negativa para sair do outro lado. No entanto, nada na física da gravidade e do espaço-tempo permite a existência destes tipos de pulsos de energia negativa – o que faz com que seja impossível atravessar wormholes.

Este modelo antigo de wormholes remonta a um artigo de Albert Einstein e Nathan Rosen, publicado na Physical Review, em 1935. Na sua investigação, os físicos perceberam que, sob certas circunstâncias, a relatividade ditava que o espaço-tempo se curvaria tão intensamente que uma espécie de túnel formaria a ligação de dois pontos separados.

Inicialmente, os cientistas escreveram este artigo para excluir a possibilidade de existência de buracos negros no Universo. Todavia, nas décadas seguintes, a comunidade científica apercebeu-se de que os buracos negros existem mesmo. Assim, a imagem padrão de um wormhole tornou-se um túnel onde as duas aberturas aparecem como buracos negros.

De acordo com esta teoria, o tal túnel não poderia existir – e se existisse, provavelmente desapareceria num ápice, antes que algo pudesse passar através dele.

Contudo, em 1980, Kip Thorne acendeu a luz da esperança: o físico escreveu um artigo científico no qual explicava que algo poderia atravessar esse túnel se fosse aplicada energia negativa numa das extremidades, de modo a manter o wormhole aberto.

Daniel Jafferis, juntamente com Ping Gao, da Universidade de Harvard, e Aron Wall, da Universidade de Stanford, desenvolveram uma forma de aplicar uma versão da tal energia negativa através do entrelaçamento quântico.

Entrelaçamento quântico

O entrelaçamento quântico foge da alçada da relatividade e entra no campo da mecânica quântica. Em 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen publicaram outro artigo na Physical Review que prova que, sob as regras da mecânica quântica, as partículas podem ser “correlacionadas” umas com as outras, de tal forma que o comportamento de uma partícula influencia directamente o comportamento de outra.

Na altura os cientistas desconfiaram de que poderiam estar errados, porque a sua hipótese permitiria que a informação se movesse mais rápido do que a velocidade da luz entre duas partículas. Hoje, os físicos sabem que o entrelaçamento quântico é bem real e um ramo rotineiro da pesquisa em Física.

O entrelaçamento não é uma propriedade exclusiva das partículas, uma vez que objectos maiores podem também ser entrelaçados – ainda que o entrelaçamento perfeito seja muito mais difícil de obter nestes casos.

Se cair num buraco negro, nada está perdido

Há 84 anos, os cientistas não faziam ideia que os wormholes e o entrelaçamento poderiam estar relacionados. Mas, em 2013, os físicos Juan Maldacena e Leonard Susskind publicaram um estudo na Progress in Physics no qual defendiam que dois buracos negros entrelaçados actuavam como um wormhole entre os seus dois pontos no espaço.

Os cientistas baptizaram esta teoria de ER = EPR, porque ligava o artigo de Einstein-Rosen ao artigo de Einstein-Podolsky-Rosen, explica o Live Science.

Jafferis não acredita que haja no Universo dois buracos negros perfeitamente entrelaçados. O fenómeno não é fisicamente impossível, mas é uma situação demasiado precisa para um Universo tão caótico produzir. No entanto, se existirem mesmo em algum lugar do Universo, o método de Jafferis, Gao e Wall poderia funcionar.

Em termos simplificados, o método destes físicos baseia-se no seguinte: atire uma pessoa para dentro de um dos buracos negros entrelaçados. De seguida, meça a radiação Hawking que sai do buraco negro, responsável por codificar algumas das informações sobre o estado do buraco. Depois, leve essa informação para o segundo buraco negro e use-a para manipulá-lo. Em teoria, a pessoa que atirou para o “inferno incerto”, sairia do segundo buraco negro exactamente como entrou no primeiro.

Segundo Jafferis, a pessoa nada mais fez do que mergulhar num wormhole e saiu do segundo buraco negro graças a um impulso de energia negativa. Este método seria demasiado lento para se tornar num processo útil, mas pode sugerir algo novo sobre o nosso Universo.

O cientista acredita que algo muito parecido com este modelo de wormhole pode estar a acontecer no caso do entrelaçamento quântico de partículas individuais. Além disso, Jafferis defende que a informação perdida num buraco negro pode parar em algum lugar e um dia pode mesmo vir a ser recuperada, como se de um tesouro do Universo se tratasse.

A verdade é que, na visão de Daniel Jafferis, se por algum motivo cair num buraco negro amanhã, nada está perdido. A investigação está actualmente em andamento, mas Jafferis adianta que o objectivo primordial não é realizar resgates em buracos negros – por isso, tenha cuidado e não arrisque.

LM, ZAP //

Por LM
23 Abril, 2019

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1805: Stephen Hawking estava errado. A matéria escura não é composta por mini buracos negros

JPL-Caltech / NASA

Os físicos descartaram a possibilidade de que os buracos negros primordiais – com menos de um décimo de milímetro – componham a maior parte da matéria escura.

Uma equipa internacional de investigadores colocou uma teoria especulativa formulada por Stephen Hawking sob o teste mais rigoroso até ao momento. Detalhes desse estudo foram publicados na revista Nature Astronomy.

Os cientistas sabem que 85% da matéria no Universo é composta de matéria escura. A sua força gravitacional impede que as estrelas da Via Láctea se separem. No entanto, as tentativas de detectar partículas de matéria escura com recurso a experiências subterrâneas, ou experiências com aceleradores, incluindo o maior acelerador do mundo, o Large Hadron Collider, falharam até agora.

Isso levou os cientistas a considerar a teoria de Hawking, de 1974, sobre a existência de buracos negros primordiais nascidos logo após o Big Bang, e a sua especulação de que poderiam constituir uma grande fracção da matéria escura que os cientistas estão a tentar descobrir actualmente.

A equipa, liderada por Masahiro Takada, Hiroko Niikura e Naoki Yasuda, do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, e incluindo investigadores do Japão, Índia e EUA, usaram o efeito de lente gravitacional para procurar buracos negros primordiais entre a Terra e a galáxia de Andrómeda.

A lente gravitacional, efeito primeiramente sugerido por Albert Einstein, manifesta-se na curvatura dos raios de luz vindos de um objeto distante, como uma estrela, devido ao efeito gravitacional de um objeto massivo interveniente, como um buraco negro primordial. Em casos extremos, a curvatura da luz faz com que a estrela pareça muito mais brilhante do que originalmente é.

Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo

No entanto, os efeitos de lentes gravitacionais são eventos muito raros, porque requerem que uma estrela na galáxia de Andrómeda, um buraco negro primordial a actuar como lente gravitacional e um observador na Terra estejam exactamente alinhados.

Para maximizar as probabilidades de capturar um evento, os investigadores usaram a câmara digital Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru, no Hawai, que consegue capturar toda a imagem da galáxia de Andrómeda de uma vez, de acordo com um comunicado publicado no site do Instituto.

Tendo em conta a rapidez com que se espera que os buracos negros primordiais se movam no espaço interestelar, a equipa tirou várias fotografias para capturar o brilho de uma estrela enquanto esta se ilumina por um período de alguns minutos a horas devido às lentes gravitacionais.

Partindo de 190 imagens consecutivas da galáxia de Andrómeda, a equipa vasculhou os dados em busca de possíveis eventos de lentes gravitacionais. Se a matéria escura consistisse de buracos negros primordiais com uma determinada massa – neste caso, massas mais leves que a Lua -, os investigadores esperariam encontrar cerca de mil eventos. Mas depois de análises cuidadosas, só conseguiram identificar um caso.

Os resultados da equipa mostraram que os buracos negros primordiais não poderiam contribuir com mais de 0,1% de toda a massa de matéria escura. Portanto, é improvável que a teoria esteja correta.

Uma nova teoria que os cientistas investigam agora é tentar descobrir se os buracos negros binários descobertos pelo detector de ondas gravitacionais LIGO são, na verdade, buracos negros primordiais.

ZAP //

Por ZAP
4 Abril, 2019

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1790: Resolvido o mistério escondido na fusão de gotas de água

CIÊNCIA

GLady / pixabay

Uma equipa de físicos e matemáticos britânicos usou um supercomputador para descobrir a verdade oculta na forma como as gotas de água se fundem e se unem.

Se já viu gotículas de água tocarem-se e fundirem, pode ter imaginado duas pequenas bolas de água a aproximar-se cada vez mais, até que as suas superfícies se sobrepusessem e a tensão superficial juntasse as bolas distintas num único e áspero todo. É o que é visível a olho nu.

Mas uma nova simulação com recurso a um supercomputador, publicado em 13 de Março na revista Physical Review Letters, mostra uma imagem muito mais complicada.

A simulação modelou duas gotículas de tamanho igual de água pura no espaço, até ao nível de moléculas de água individuais. Quando as gotículas se aproximaram, os cientistas encontraram pequenas ondas ultra-rápidas formadas nas superfícies das gotículas.

Os movimentos aleatórios das moléculas de água – chamados “flutuações térmicas” – fizeram as moléculas individuais saltarem e dançarem uma na direcção da outra à medida que se aproximavam.

Os investigadores chamam a este efeito ondulatório de superfície, que resulta das flutuações térmicas das moléculas, “ondas capilares térmicas”. As ondulações são muito pequenas e rápidas, neste caso, para ver numa experiência natural.

Mas a simulação mostrou que as ondas se estendem entre si, formando a ponta das gotas de água próximas. A tensão superficial das gotículas suprime as ondas, mas ainda estão presentes e ainda formam a borda de ataque das gotículas quando se aproximam umas das outras.

Os investigadores descobriram que as ondas se tocam, formando pontes entre as gotículas. Quando uma ponte se forma, a tensão superficial começa a trabalhar, selando mais ondulações “como o fecho de um casaco”.

Os investigadores simularam cerca de cinco milhões de moléculas de água, formando duas gotas de cerca de quatro milímetros de largura. A fusão completa acabou em alguns nano-segundos – demasiado rápido para qualquer câmara humana capturar.

Embora tenham simulado duas gotículas flutuando no espaço, um efeito semelhante provavelmente está a acontecer quando duas gotas se fundem numa superfície plana. Entender esse comportamento é importante porque poderia ajudar a explicar o comportamento da água dentro das nuvens e dentro das máquinas projectadas para condensar a água do ar.

ZAP // Live Science

Por ZAP
1 Abril, 2019

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1730: A realidade não é objectiva (e a física quântica prova-o pela primeira vez)

drainrat / Flickr

A física quântica acaba de comprovar aquilo que não passava da teoria: a realidade não é objectiva. Sob certas condições, duas pessoas podem observar o mesmo evento e ver duas coisas diferentes a acontecer. Sim, ambas estão corretas.

Físicos da Heriot-Watt University, na Escócia, demonstraram pela primeira vez como duas pessoas podem viver diferentes realidades recriando uma clássica experiência mental da física quântica. O artigo científico está disponível no arquivo arXiv.

A experiência em questão envolve duas pessoas que observam o mesmo fotão – a menor unidade quantificável de luz que pode agir como uma partícula ou uma onda sob diferentes condições.

Na verdade, o fotão pode comportar-se das duas formas. No entanto, até ao momento em que alguém o observa para determinar qual delas é que adoptou, diz-se que o fotão existe em super-posição – ou seja, ambas as condições são verdadeiras ao mesmo tempo.

Nesta experiência, um cientista analisa calmamente o fotão e determina o seu alinhamento enquanto que um outro cientista, inconsciente dessa primeira medição, confirma se o fotão ainda existe em super-posição quântica ou não. Como resultado, cada um dos cientistas experimentou uma realidade diferente: e ambos estão, tecnicamente, certos.

Trazer a teoria para uma experiência envolver uma configuração experimental com lasers, divisores de feixes de luz e um conjunto de seis fotões que foram medidos por vários equipamentos, explica o ScienceAlert.

Segundo o MIT Tech, uma equipa de cientistas já tinha criado esta configuração experimental anteriormente. Contudo, esta é a primeira vez que alguém conseguiu, de facto, tornar a experiência possível.

O artigo científico ainda não foi examinado nem publicado numa revista científica. Mas, apesar disso, estas descobertas são a prova de que, quando se trata de física quântica, pode não existir uma realidade objectiva que é partilhada por duas ou mais pessoas.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
17 Março, 2019

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1573: Físicos criaram um exótico electrão líquido

Uma equipa de físicos da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, criou o primeiro electrão líquido à temperatura ambiente.

Durante a experiência, os físicos da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, estimularam um semicondutor ultra-fino de ditelureto de molibdénio com pulsos de luz laser, produzindo um feixe de electrões.

“Normalmente, com semicondutores como o silício, a excitação a laser cria electrões e os seus buracos carregados positivamente difundem-se e espalham-se pelo material, à semelhança de um gás”, disse Nathaniel Gabor, um dos autores do estudo publicado recentemente na Nature Photonics.

No entanto, desta vez, os cientistas detectaram evidências de condensação equivalentes a um líquido. Este líquido, segundo os investigadores, tem propriedades muito parecidas aos líquidos comuns do nosso dia a dia, como a água. Contudo, tem uma única excepção: o líquido é composto não por moléculas, mas por electrões e buracos dentro do semicondutor.

Na prática, segundo a Europa Press, os cientistas verificaram que, se o pulso de laser for suficientemente intenso, o gás resultante pode ser tão denso que alguns electrões e buracos se condensam em gotas líquidas.

Por outro lado, se essa luz for criada por uma fonte muito intensa, como um laser pulsado ultra-rápido (como foi o caso), pode gerar tantos electrões e buracos que alguns deles são condensados num líquido. Este processo é muito semelhante à formação de gotas de água de ar húmido.

Neste caso, o estado líquido é muito raro, acontecendo apenas a alguns graus acima do zero absoluto. No entanto, esta pesquisa prova que as foto-células ultra-finas do semicondutor usado por ocorrer à temperatura ambiente.

Esta investigação abre a possibilidade de os componentes electrónicos fazerem uso das propriedades incomuns destes líquidos. Desta forma, novos dispositivos poderão ser usados em aplicações muito diversas como comunicações no Espaço ou até mesmo a detecção do cancro.

As propriedades electrónicas destas gotículas podiam permitir o desenvolvimento de dispositivos opto-electrónicos que operam com eficiência na região terahertz do espectro, explicou Gabor. Os comprimentos de onda do terahertz são maiores do que os do infravermelho, mas menores que os do micro-ondas, existindo uma “lacuna terahertz” na tecnologia para a utilização de tais ondas.

Segundo o Science Daily, as ondas de terahertz poderiam ser usadas para detetar cancros de pele e cavidades dentárias devido à sua penetração limitada e capacidade de resolver diferenças de densidade. Da mesma forma, as ondas poderiam ser usadas para detectar defeitos em produtos como comprimidos e descobrir armas escondidas debaixo a roupa.

ZAP //

Por ZAP
10 Fevereiro, 2019

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1528: A misteriosa matéria escura pode ser aquecida (e movimentada)

(dr) HST/Oliver Müller

Os “caçadores” da matéria escura podem não saber quase nada sobre esta massa que abunda no Universo mas sabem, a partir de agora e graças a uma nova investigação, que a matéria escura pode ser aquecida e até movimentada.

A história da matéria escura, que há anos tira o sono a astrónomos e físicos, tem tanto de fascinante como de “velha”: apesar de a matéria escura ocupar grande parte do Cosmos (85%), esta não pode ser observada directamente, uma vez que não interage com a luz da mesma forma que a restante matéria. Assim, os cientistas veem-se limitados a estudá-la a partir dos seus efeitos gravitacionais sobre a matéria visível. Também a sua composição continua, até então, envolta em mistério.

Os cientistas desvendaram agora um fragmento deste puzzle. Pela primeira vez, uma equipa de investigação encontrou evidências de que a matéria escura pode ser aquecida e movimentada como resultado da formação estelar em galáxias anãs.

Os resultados da investigação, publicados no início do mês de Janeiro na revista especializada Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, descrevem a primeira evidência observacional do efeito conhecido como “o aquecimento da matéria escura”, dando novas pistas sobre o que compõe esta misteriosa massa.

A equipa, que contou com especialistas da Universidade de Surrey, no Reino Unido, da Universidade de Carnegie Mellon, nos Estados Unidos, e do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique, na Suíça, foi à procura de evidências da matéria escura nos centros de galáxias anãs próximas. As galáxias anãs, também conhecidas como galáxias satélite, são aglomerados relativamente pequenos e fracos que orbitam por norma galáxias de maiores dimensões, como é o caso da Via Láctea.

Quando as estrelas se formam, explica a equipa em comunicado, ventos fortes podem empurrar gás e poeira para longe do coração da galáxia. Consequentemente, o centro galáctico fica com menos massa, afectando o quão a gravidades é sentida pela matéria escura restante. Assim, e como há menos atracção gravitacional, a matéria escura ganha energia e migra para longe do centro – fenómeno ao qual se apelidou de “aquecimento da matéria escura”.

Quanto mais antigas, menor aquecimento de matéria escura

Para provar a movimentação e o aquecimento da matéria escura, a equipa de astrofísicos mediu a matéria escura existente nos centros galácticos de 16 galáxias anãs com histórias de formação estelar muito distintas.

Os resultados mostraram que as galáxias que pararam de formar estrelas há muito tinham maiores densidades de matéria escura nos seus centros galácticos comparativamente àquelas que ainda hoje formam estrelas. Os dados apoiam assim a hipótese de que as galáxias mais antigas tinham menos aquecimento de estrelas.

“Encontramos uma relação verdadeiramente notável entre a quantidade de matéria escura existente no centros das galáxias anãs e a quantidade de formação estelar que estas galáxias experimentam ao longo das suas vidas”, explicou o professor Justin Read, autor principal do estudo e chefe do Departamento de Física da Universidade de Surrey.

E sustenta: “A matéria escura no centro das galáxias formadores de estrelas parece ter sido ‘aquecia’  e empurrada para fora”.

J. Read et al.
A formação de estrelas em pequenas galáxias anãs pode “aquecer” lentamente a matéria escura, empurrando-a para fora do seu centro galáctico. A imagem da esquerda mostra a densidade de hidrogénio numa galáxia anã simulada. A imagem da direita mostra o mesmo para uma galáxia anã real, a IC 1613.

A investigação restringe assim os limites dos modelos sobre a matéria escura: esta massa deve ser capaz de formar galáxias anãs pequenas que exibam uma gama de densidades centrais, densidades estas que devem estar relacionadas com a quantidade de estrelas que vão formando ao longo da sua vida.

“Este estudo pode ser a ‘prova flagrante‘ que nos levará mais perto de perceber o que é a matéria escura. A nossa descoberta de que a matéria escura pode ser aquecida e movimentada pode ajudar a motivar mais investigação em busca de partículas de matéria escura”, considerou Matthew Walker, professor da Universidade de Carnegie Mellon.

Apesar do avanço científico, ficam ainda muitas perguntas por responder. Cientes disto, a equipa de astrofísicos espera, no futuro, expandir este trabalho, medindo a densidade central da matéria escura numa maior amostra de galáxias anãs.

SA, ZAP //

Por SA
28 Janeiro, 2019

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1525: Físicos comprovam teoria da radiação de Hawking sobre buracos negros

Kjordand / Wikimedia

A famosa teoria da radiação sobre buracos negros do astrofísico Stephen Hawking, apresentada em 1974, foi testada em laboratório por uma equipa de investigadores, escreve a revista Physics World.

A investigação, levada a cabo em Israel pelo Instituto de Ciências Weizmann e pelo Departamento de Física do Centro de Pesquisa e Estudos Avançados do México, pode ser um enorme passo para verificar experimentalmente a existência da célebre conjectura teorizada pelo astrofísico britânico.

Em laboratório, e através do análogo óptico de um buraco negro, a equipa de investigadores conseguiu promover a apelidada “radiação de Hawking“. O teste imita este fenómeno noutros meios através de pulsações de luz para estabelecer condições artificiais.

“A radiação de Hawking é um fenómeno muito mais geral do que se pensava inicialmente”, explicou o físico e director da investigação Ulf Leonhardt, acrescentando que esta radiação pode ocorrer “sempre que horizontes são feitos, sejam estes na astrofísica ou por luz em materiais ópticos, ondas de água ou átomos ultra-frios”. 

Na sua teoria, Hawking assinala em que “os buracos negros não são tão negros“, porque são capazes de emitir radiação apenas para fora do seu horizonte de eventos, além do ponto em que nem a luz é capaz de escapar da gravidade intensa.

Esta radiação – que não foi ainda comprovada, uma vez que os instrumentos actuais não a conseguem detectar – implica que os buracos negros evaporam lenta e constantemente e, apesar de ainda não ser possível verificar a sua veracidade, a conjectura é aceite pela comunidade científica.

Apesar de admitir que ainda existem muitas perguntas sem respostas, o director do estudo, no início de Janeiro publicado na Physical Review Letters, afirmou que a investigação marcou a visualização da radiação espontânea de um buraco negro.

A Physics World recorda que Stephen Hawking afirmava que, caso a sua previsão mais famosa tivesse sido verificada experimentalmente, teria ganho um Nobel, prémio atribuído apenas a descobertas científicas corroboradas com dados observacionais.

ZAP // SputnikNews

Por ZAP
26 Janeiro, 2019

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