2759: “Troika de Higgs” pode ser responsável pelo desaparecimento da antimatéria

CIÊNCIA

NASA / WMAP SCIENCE TEAM
Representação da evolução do Universo

Uma acção combinada de partículas, conhecidas como “Troika de Higgs”, pode teoricamente decifrar o mistério que sugere que há mais matéria do que antimatéria no Universo.

Uma equipa de investigadores desenvolveu uma teoria para explicar porque é que há muito mais matéria do que antimatéria no Universo. Durante várias décadas, os cientistas tentaram encontrar uma explicação para este fenómeno, mas só agora a equipa conseguiu elaborar uma teoria que, acreditam, pode explicar o mistério.

Estudos do National Brookhaven Laboratory e da Universidade do Kansas indicam que a diferença nas quantidades de matéria e de antimatéria não ocorreu durante o nascimento do Universo, mas sim um pouco mais tarde. As teorias afirmam que, durante esse período, as quatro forças elementares – gravidade, força electromagnética, força nuclear forte e força nuclear fraca – ainda permaneciam unidas.

Além disso, os investigadores afirmam que investigações e experiências recentes no Grande Colisionador de Partículas (LHC) revelaram a existência de um bosão de Higgs de alta energia, com uma massa de 125 GeV/c2. Esta descoberta sugeriu a possibilidade de muitos tipos de bosões de Higgs de alta energia, a base da nova teoria.

No artigo científico, recentemente publicado no arXiv, os cientistas sugerem que é possível que tivessem existido três tipos de bosão de Higgs de alta energia durante o período que antecedeu a perda de uma grande percentagem de antimatéria. Estes três tipos de partículas, que os cientistas chamam de “Troika de Higgs“, podem ter desempenhado um papel importante na eliminação da antimatéria.

Os físicos acreditam que as três partículas criaram um fluxo de matéria quando se decompuseram logo após o nascimento do Universo. Além disso, os investigadores pensam que muitas dessas partículas encontraram partículas de antimatéria, o que resultou na aniquilação de ambos os tipos de partículas.

De acordo com a equipa, se este fenómeno continuasse por um período de tempo mais alargado, a maior parte da antimatéria no Universo teria desaparecido. Ainda assim, segundo o Europa Press, haveria matéria suficiente gerada pela “Troika de Higgs” para cobrir toda a matéria bariónica observada no Universo actualmente.

Para este cenário funcionar, haveria duas partículas de Higgs ainda não descobertas, e a que foi recentemente identificada. Além disso, o período de tempo durante o qual a antimatéria foi perdida teria sido muito curto, antes que as quatro forças tivessem sido divididas nos seus estados naturais.

ZAP //

Por ZAP
3 Outubro, 2019

 

932: Físicos combinaram lasers e espelhos para ouvirem a luz

CIÊNCIA

Jeff Keyzer/Wikimedia

A ideia de que a luz exerce força sobre a matéria não é nova, mas a natureza exacta de como a luz interage com a matéria permaneceu um mistério durante muitos anos… até hoje.

Os cientistas sabem há algum tempo que a luz tem impulso e a ideia de que a luz exerce força sobre a matéria não é nova. No entanto, como esse momento é muito rápido, nenhuma experiência conseguiu observar exactamente de que forma esse fenómeno afecta a matéria.

Em busca de novas respostas, um grupo internacional de cientistas centrou as suas atenções em espelhos num recente estudo, cujo artigo científico foi publicado este mês na Nature Communications.

“O espelho diz sempre a verdade”, escreveu Tomaž Požar, principal autor do estudo e professor assistente no departamento de engenharia mecânica da Universidade de Ljubljana, na Eslovénia, numa analogia lúdica referindo-se a “Branca de Neve e os Sete Anões”.

Não, a equipa de Požar não falou com o espelho, mas ouviu atentamente a forma como reagiu quando foi atingido por um raio de luz. Os cientistas colocaram sensores acústicos, que funcionam de forma semelhante a um um ultra-som médico, a um espelho equipado com um protector térmico.

Depois de prepararem devidamente todo o equipamento, a equipa lançou feixes de laser no espelho e, através dos sensores acústicos, conseguiram ouvir as ondas criadas quando a luz atingiu a superfície. “É como um martelo destruído pela luz”, descreveu Požar.

Estas ondas minúsculas causavam “sons” ou pequenos movimentos entre os átomos do espelho. O mais pequeno deslocamento encontrado foi de cerca de 40 femtómetros, ou seja, cerca de quatro vezes o tamanho do núcleo de um átomo.

Este novo método permitiu observar a forma como a força da luz é distribuída por todo o material. Apesar de experiências anteriores sustentarem que a luz move a matéria depositando o momento em diferentes ondas elásticas, agora há evidências experimentais de que isso acontece realmente.

Johannes Kepler, astrónomo e matemático alemão, foi o primeiro a propor, em 1619, que a pressão exercida pela luz do Sol poderia ser a responsável pelo desvio na cauda de um cometa. Mais tarde, em 1873, o físico escocês James Clerk Maxwell propôs que a pressão exercida pela radiação seria o resultado do momento intrínseco dos campos electromagnéticos da luz.

“Todos concordam com as equações de electromagnetismo de Maxwell” e com as leis que dizem que o momento e a energia são conservadas, afirmou Požar. Mas os cientistas têm as suas próprias opiniões sobre como a força da luz é distribuída pela matéria.

Um exemplo famoso é a controvérsia de Abraham-Minkowski, uma discussão entre o físico alemão Max Abraham e o matemático alemão Hermann Minkowski. Abraham sugeriu que o momentum de um fotão deveria estar inversamente relacionado com o “índice de refracção”, um número que descreve como é que a luz viaja através de um material. Já Minkowski sugeriu que deveriam estar directamente relacionados.

Embora este novo estudo não tenha determinado qual hipótese correta, os cientistas esperam ajustar e usar este procedimento experimental em líquidos e outros materiais para descobrir.

Por ZAP
29 Agosto, 2018

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902: Físicos medem pela primeira vez a pressão que a luz exerce sobre a matéria

Caltech / NASA

Quanta pressão exerce a luz sobre a matéria com a qual interage? Este é um problema que perseguiu e confundiu cientistas durante quase 150 anos – e agora pode ter sido encontrada uma solução. Uma equipa de físicos desenvolveu um método para medir o efeito de um fotão sobre a matéria.

No mundo que nos rodeia, o impacto que os corpos em movimento exercem uns sobre os outros é determinado, de acordo com a física newtoniana, pela quantidade de movimento que esses corpos possuem, isto é, o valor da sua massa multiplicado pela sua velocidade.

Em teoria, o fotão – seja ele uma partícula ou uma onda – não tem massa, pelo que o impacto físico que a luz exerce sobre os corpos deveria ser nulo.

Mas mesmo que o fotão não tenha massa, tem momentum, ou momento físico, tal como é definido no campo da Teoria da Relatividade. E esse momentum exerce uma força.

Para perceber o fenómeno, temos que recuar até 1619, quando a pressão exercida pela luz foi formulada como hipótese. No seu tratado De Cometi, o matemático e astrónomo alemão Johannes Kepler – figura chave da revolução científica no século XVII – destacou que a luz do Sol exercia uma determinada pressão e, esta era a razão pela qual a cauda de um cometa sempre se afastava do Sol.

Só mais tarde, em 1873 é que o físico escocês James Clerk Maxwell formulou que a pressão da luz estava ligada ao momentum, no seu trabalho intitulado Um Tratado sobre Electricidade e Magnetismo.

Clerk Maxwell, cujo trabalho forneceu bases críticas para o trabalho de Einstein sobre a relatividade – supôs que a luz é uma forma de radiação electromagnética que carrega o momentum e, portanto, exerce pressão.

Contudo o momentum – e, consequentemente, a pressão da radiação de um fotão – é infinitamente pequeno, sendo assim extremamente complicado medi-lo directamente.

“Até ao momento, não tínhamos determinado como este momentum é convertido numa força ou num movimento”, explicou o engenheiro Kenneth Chau, da University of British Columbia Okanagan Campus, no Canadá.

“Como a quantidade de momentum transportada pela luz é tão pequena, não tínhamos equipamentos sensíveis o suficiente para resolver esta questão”, sustentou.

As nossas capacidades tecnológicas actuais ainda não são sensíveis o suficiente para detectar directamente o momentum de um fotão. No entanto, Chau e a sua equipa de investigadores do Brasil e da Eslovénia, descobriram uma forma de avaliar os efeitos fenómeno.

A equipa desenvolveu um dispositivo completamente isolado, de forma a impedir que a experiência recebesse interferências externas, que dispara feixes de luz sobre um espelho.

Quando os investigadores disparam pulsos de laser para o espelho, são enviadas ondas elásticas que se movem através da sua superfície. Estes movimentos são detectados e medidos pelos sensores acústicos de alta sensibilidade – ou seja, faz-se a medição da pressão dos fotões indirectamente.

“Nós não podemos medir directamente o momentum do fotão por isso, a nossa abordagem incidiu em detectar o seu efeito num espelho, ‘ouvindo’ as ondas elásticas que o atravessaram”, afirmou Chau.

“Conseguimos rastrear as características destas ondas que vêm do momentum que está no próprio pulso de luz, o que abre a porta para finalmente definir e modelar como a luz do momentum existe dentro dos materiais”, prosseguiu.

Aplicações práticas

A descoberta, publicada nesta terça-feira na revista Nature, não só é incrível para a a Ciência – pode mesmo ter importantes aplicações práticas imediatas.

A primeira aplicação passa por melhorar a tecnologia das velas solares, um dos métodos de propulsão mais promissores para enviar sondas para o espaço. Poderia também permitir criar melhores pinças ópticas, um método de capturar e manipular partículas incrivelmente pequenas – até à escala de um único átomo.

“Ainda não chegámos lá”, concluiu Chau, mas “a descoberta nesta investigação é um passo importante e estou animado para ver até onde nos leva”, concluiu.

Por ZAP
22 Agosto, 2018

(Foram corrigidos 12 erros do texto original) 

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852: NASA criou um estado raro e exótico de matéria no espaço

NASA
A EEI – Estação Espacial Internacional

A NASA arrefeceu uma nuvem de átomos de rubídio a dez milionésimos de graus acima do zero absoluto, produzindo o quinto estado exótico da matéria no espaço.

O Cold Atom Lab (CAL), lançado no espaço na sonda Orbital ATK Cygnus, é um dispositivo que foi construído com o intuito de funcionar nos confins da Estação Espacial Internacional (EEI).

Agora, o CAL, lançado no espaço em maio, produziu os seus primeiros condensados de Bose-Einstein, os estranhos aglomerados de átomos que os cientistas utilizam para observar efeitos quânticos que se desenrolam em grandes escalas, segundo um comunicado da NASA.

O condensado de Bose-Einstein é um estado incomum de agregação da matéria, semelhante ao gás e ao líquido, que se comporta como um único átomo e tem típicas propriedades “nucleares”.

“Normalmente, experiências com condensados de Bose-Einstein envolvem equipamento suficiente para encher uma sala e exigem acompanhamento constante por parte dos cientistas. O CAL, pelo contrário, “tem aproximadamente o tamanho de um pequeno frigorífico e pode ser controlado a partir da Terra”, explica Robert Shotwell, que lidera a experiência no Jet Propulsion Laboratory (JPL).

JPL-Caltech / NASA
O núcleo do CAL, onde os condensados de Bose-Einstein são criados.

O esforço compensou. Se um condensado de Bose-Einstein já é surpreendente na Terra; a temperaturas baixíssimas, as fronteiras dos átomos misturam-se, e os efeitos quânticos geralmente invisíveis desenvolvem-se de forma a que os cientistas consigam observá-los directamente, tornando-o num objeto verdadeiramente fascinante.

No entanto, arrefecer nuvens de átomos a temperaturas ultra-baixas exige suspendê-las através de ímanes ou lasers. Quando estes objectos são desligados – permitindo aos cientistas fazer as suas observações -, os condensados caem e dissipam-se.

Todavia, na micro-gravidade da Estação Espacial, o cenário é ligeiramente diferente. O CAL pode formar um condensado de Bose-Einstein, libertá-lo e ter um tempo significativamente mais longo do que o da Terra para o observar antes que ele “caia”.

Esta vantagem permite que a NASA crie condensados muito mais frios do que qualquer outro lugar na Terra, isto porque à medida que os condensados se expandem para fora do recipiente, eles arrefecem ainda mais.

Arrefecer a nuvem de átomos de rubídio a dez milionésimos de graus acima do zero absoluto permitiu que o quinto estado exótico da matéria nascesse… no espaço.

Por ZAP
7 Agosto, 2018

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