terça-feira, 25 de maio de 2010

Criado um transistor com apenas sete átomos

Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (Austrália) e da Universidade de Wisconsin-Madison (Estados Unidos da América) anunciaram o desenvolvimento de um transistor com apenas sete átomos. Os transistores são pequenos interruptores usados para a construção de chips.
microchips
© Universidade de Nova Gales do Sul (microchips)
A criação de transistores tão pequenos é o primeiro passo para o desenvolvimento de computadores menores e mais poderosos.
Os autores da façanha substituíram sete átomos em um cristal do elemento químico silício por sete átomos de fósforo.
Um chip poderia conter bilhões desses novos transistores, gerando um salto exponencial no poder de processamento dos computadores atuais.
Mas o uso em escala industrial do transistor atômico ainda está longe, pois ele foi criado manualmente. Com o auxílio de um microscópio eletrônico de tunelamento, os pesquisadores inseriram um por um os átomos de fósforo. Esta tecnologia pode ser o primeiro estágio para a criação de um computador quântico.
Fonte: Nature Nanotechnology

sábado, 22 de maio de 2010

Poeira faiscante

Há cinco anos, o físico alemão Hans Herrmann intercala seu expediente corriqueiro de trabalho na famosa Escola Politécnica de Zurique (ETH) com viagens constantes ao Nordeste brasileiro, onde é professor visitante da Universidade Federal do Cea­rá (UFC). Numa dessas visitas, o pesquisador observou o belo espetáculo noturno produzido por clarões e raios durante tempestades de areia nas dunas de Jericoacoara, no norte do Ceará.
 Lagos temporárias nas dunas de jericoacoara
© Flickr (dunas de Jericoacoara)
Intrigado pela inesperada presença da atividade elétrica num ambiente extremamente seco e aparentemente péssimo condutor de corrente, voltou para casa e se pôs a pensar num fenômeno que, um século e meio atrás, já intrigava o grande cientista inglês Michael Faraday: por que o choque contínuo de grãos de areia ou de cinzas vulcânicas, materiais comumente vistos como neutros, pode gerar espontaneamente grandes descargas? Com a ajuda de dois colegas da ETH, Herrmann acaba de formular uma resposta para o enigma e a publicou um artigo no site da revista científica britânica Nature Physics.
Eyjafjallajökull 1
© NASA (raios em erupção do vulcão Sakurijama)
A explicação dá conta de uma velha contradição, ainda que pouco conhecida entre os leigos no assunto. Quando colidem, duas partículas com cargas elétricas tendem a se neutralizar. O polo negativo de uma atrai e anula o positivo da outra. Até aí tudo normal. Mas, em circunstâncias especiais, como nas tempestades  de areia em desertos e nas erupções de vulcões, o choque de duas partículas com certas características, compostas de um mesmo material e eletricamente neutras produz, paradoxalmente, o efeito contrário. Em vez de se neutralizarem, elas, ao trombarem em pleno ar sob efeito de um campo elétrico externo, levam a um crescendo das cargas elétricas presentes nesse sistema que, até então, parecia em equilíbrio. A cada colisão, uma partícula acumula mais carga positiva e perde toda a negativa enquanto o oposto ocorre com a outra partícula, que aumenta progressivamente sua carga negativa e zera a positiva. Portanto, em condições bastante específicas, sucessivos choques entre grãos podem provocar uma escalada de energia no sistema, transformando partículas que antes se comportavam como isolantes elétricos em um meio condutor de grandes descargas. Daí para a ocorrência de uma descarga é um passo. Os choques no ar aumentam a polarização nos grãos. As cargas negativas se armazenam no topo das partículas e as positivas em sua base.
De acordo com simulações feitas em computador e experimentos reais com partículas granulares realizados em laboratório, os físicos da ETH montaram um cenário esquemático, simplificado, para explicar o processo de surgimento das descargas elétricas em nuvens de poeira. Imagine uma nuvem hipotética com apenas dois grãos de areia. Quando um campo elétrico de fundo é aplicado no sistema, ocorre a polarização de cargas nas partículas. Em cada grão de areia a carga positiva se concentra no hemisfério sul e a mesma quantidade de carga negativa migra para o hemisfério no norte. É preciso notar que, nesse momento, antes de qualquer colisão, as duas partículas, apesar de divididas em duas metades com sinal elétrico oposto, ainda se encontram eletricamente neutras. Cada grão carrega uma unidade de carga positiva em sua base e uma de carga negativa no topo. Quando ocorre o choque das partículas, o hemisfério sul de um grão (de carga positiva) esbarra no hemisfério norte (negativo) do outro. O toque faz essas metades se anularem eletricamente: suas cargas descem a zero. No entanto sobra carga nas extremidades dos grãos que não colidiram. Uma partícula permanece com uma unidade de carga positiva em sua base (e zero negativa no topo) enquanto a outra se apresenta com uma carga negativa no topo (e zero positiva na base).
Em outras palavras, o choque torna um grão eletricamente positivo e o outro, negativo. Esse processo repetido inúmeras vezes numa nuvem de poeira, com milhares de partículas, resulta em um desequilíbrio energético que pode culminar num raio ou faísca. “Nosso modelo explica a formação de descargas elétricas em nuvens compostas por partículas idênticas”, afirma Herrmann. “Se as partículas forem diferentes, o princípio também vale, só que os cálculos são mais complicados.” Há ainda também a questão (não respondida) de como surge um campo elétrico de fundo numa tempestade de areia. As colisões só vão energizar os grãos de areia se houver previamente um campo atuando no sistema.
Eyjafjallajökull 2
© Snaevarr Gudmundsson (geleira vulcânica Eyjafjallajoekull)
Por ironia da natureza, poucos dias depois da publicação do artigo na Nature Physics, o mundo assistiu à ocorrência de descargas elétricas causadas por colisões de partículas granulares. Em meados de abril a geleira vulcânica Eyjafjallajoekull, na Islândia, entrou em erupção. Além de parar o tráfego aéreo de boa parte da Europa por seis dias, o enorme rastro de cinzas expelidas pela boca fumegante da montanha desencadeou potentes raios. As cinzas de um vulcão também podem se carregar eletricamente, mas isso só acontece no momento da erupção, quando são muito agitadas e a densidade de partículas é alta. Os grãos de areia e as cinzas vulcânicas não são as únicas partículas que podem se tornar eletricamente carregadas em razão de colisões repetidas.
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© Marco Fulle (erupção no vulcão Eyjafjallajoekull)
O fenômeno pode se repetir, e até causar explosões, em silos com grãos, em empresas farmacêuticas que processam componentes de remédios e na indústria do carvão. Em desertos, o deslocamento de areia causado pelos rotores de um helicóptero voando baixo pode ocasionar perigosas faíscas. Poeira eletricamente carregada também é apontada como a responsável pela perda de eficiência de baterias solares usadas em Marte e na Lua e, ao se ligar à roupa dos astronautas, por danos aos trajes espaciais.
Fonte: FAPESP e Nature Physics

quinta-feira, 13 de maio de 2010

Rumo ao transistor óptico quântico

Um único átomo pode ser usado como um transistor óptico quântico para controlar a transmissão de luz no interior de uma cavidade. O feito foi obtido no Instituto Max-Planck de Óptica Quântica, de Garching (Alemanha) por uma equipe de pesquisadores da qual faz parte o físico brasileiro Celso Jorge Villas-Boas, da Universidade Federal de São Carlos (UFScar), no interior de São Paulo.
experimento para controlar a transmissão de luz
 © Instituto Max-Planck de Óptica Quântica
Relatado em detalhes num artigo científico publicado eletronicamente no site da revista Nature, o experimento representa mais um passo rumo ao controle pleno da geração, propagação e absorção da luz no mundo quântico. "Chegamos ao limite do sistema, enquanto outros grupos já haviam obtido resultados semelhantes, mas com amostras com centenas de milhares de átomos.", afirma Villas-Boas, que contribuiu com a parte teórica do experimento.
A base do sistema se apoia no fenômeno conhecido como transparência induzida eletromagneticamente. Dentro de uma cavidade, os pesquisadores promovem a interação entre dois campos ópticos, em geral laseres com determinadas características, e um meio material, no caso do experimento feito na Alemanha átomos de rubídio. Quando é ligado um dos feixes de laser, aquele denominado campo de controle, parte da luz do outro feixe (campo de prova), que normalmente seria 100% absorvida e bloqueada pelo meio material, consegue atravessar os átomos de rubídio. No experimento feito no Instituto Max-Planck, os físicos tiveram sucesso em controlar a transmissão de até 20% da luz do campo de prova no sistema com um único átomo aprisionado na cavidade. Sendo que para desenvolver um computador realmente quântico, o ideal será atingir algo próximo a 100% de eficiência.
Sistemas mais complexos, mas semelhantes ao descrito no trabalho da Nature, podem ser o ponto de partida para a construção de verdadeiras redes quânticas, nas quais a informação poderá ser transmitida por meio do controle da interação entre matéria e luz. Também podem auxiliar na obtenção de um maior controle sobre o número de fótons presentes num feixe de laser propagado. No estudo, os pesquisadores trabalharam com campos de luz muito fracos. "Nesse experimento a transmissão de um único fóton do campo de prova foi controlada por, em média, um fóton de um campo de controle, isto é, um fóton controlando a transmissão de um segundo fóton", afirma o físico brasileiro. As pesquisas feitas em São Carlos por Villas-Boas fazem parte do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Informação Quântica, uma iniciativa conjunta da FAPESP e do CNPq.
Fonte: FAPESP e Instituto Max-Planck

quarta-feira, 5 de maio de 2010

Primeira imagem de movimento atômico

Físicos da Universidade de Ohio, nos Estados Unidos, descobriram uma maneira de manipular a rotação de elétrons em torno de núcleos de átomo de cobalto. Os cientistas ainda conseguiram, com a ajuda de um microscópio especial, gerar a primeira imagem desse tipo de ação.
movimento de elétrons
© Universidade de Ohio
O giro, ou spin, é um dos movimentos básicos dos elétrons e consiste basicamente no caminho que a partícula faz em torno do núcleo do átomo. Esse movimento é divido ainda em dois momentos: para baixo e para cima.
No estudo, os pesquisadores tentavam mudar o giro de elétrons de átomos de cobalto (um elemento metálico com 27 prótons e 32 nêutrons). No experimento eles utilizaram um microscópio especial com uma ponteira minúscula revestida de ferro para "ver" os átomos e gerar a primeira imagem do giro de elétron sendo manipulado.
É impossível registrar uma imagem de uma partícula tão pequena utilizando luz visível ao olho humano. O grupo de físicos utilizou, então, um processo que "sente" o movimento, através da ponta do microscópio que tem a largura de um único átomo.
Para mudar o giro dos elétrons, os pesquisadores colocaram os átomos em uma superfície feita de manganês, que foi preparada para que os giros dos seus elétrons se movimentem em espiral. Quando os físicos colocaram os átomos de cobalto no topo dessa espiral, os elétrons se alinharam com os que estavam abaixo deles.
Nas imagens geradas a partir do microscópio, os físicos descobriram que o átomo muda de forma conforme o momento do movimento: quando o giro está para cima, o átomo aparece como uma única protrusão, mas, quando é para baixo, ele aparece com duas, dois picos de alturas iguais. Os cientistas acreditam que essa diferença nas formas é resultante do movimento dos elétrons em diferentes órbitas, ou padrões ao redor do núcleo, dependendo de seus giros.
O estudo pode levar a um avanço na área de alta tecnologia, com eletrônicos cada vez menores e mais rápidos que manipulam o giro atômico. Os cientistas afirmam que, no futuro, ao invés de utilizarmos dezenas de milhares de átomos para armazenar memórias nos computadores, poderíamos utilizar um único átomo e multiplicar a capacidade do equipamento.
Contudo, os físicos dizem que essa mudança pode levar muito tempo, já que o experimento foi realizado em um espaço fechado a vácuo e temperaturas muito baixas, pois em temperaturas maiores os átomos costumam ficar mais instáveis.
Fonte: Live Science

quarta-feira, 28 de abril de 2010

Físicos brasileiros tiram energia do vácuo

A física quântica deixa muita gente confusa quando afirma que é impossível existir o nada absoluto: o espaço vazio puro. A constatação de que o vácuo possui uma energia própria, porém, já foi provada experimentalmente, e só não percebemos isso no dia-a-dia porque esse "conteúdo" do nada é muito pequeno. Uma dupla de teóricos brasileiros, porém, acaba de descobrir um modo de fazer com que a energia do vácuo aumente sem controle, num fenômeno de alta violência.
 vácuo quântico
© energia do vácuo quântico (ilustração)
Essa energia não serviria para iluminar cidades ou mover carros, mas pode ajudar a entender alguns dos pontos mais obscuros da física moderna.
A ideia, descrita em um artigo de Daniel Vanzella e William Lima, do Instituto de Física de São Carlos, conquistou espaço na revista "Physical Review Letters", uma das mais disputadas da área. No trabalho, a dupla descreve como sacou a energia "do nada" usando um ingrediente inusitado: a gravidade, força de atração que os físicos consideram fraca.
Desdenhar o poder da gravitação pode parecer piada, mas os físicos sabem que ela perde de longe para outras forças. O exemplo clássico usado para ilustrar isso é o do ímã que ergue uma moeda: o magnetismo do ímã vence a gravidade de toda a Terra. Por isso é que o trabalho brasileiro chamou tanta atenção ao misturar o vácuo quântico com a gravidade.
"São dois conceitos que, se isolados, normalmente não desempenham papel muito dramático nas experiências do dia-a-dia, mas descobrimos que, em alguns contextos, um pode ajudar o outro a ficar dominante", explicou Vanzella.
O que ele e Lima fizeram foi aplicar as equações da energia do vácuo a um espaço onde a gravidade é fortíssima: uma estrela de nêutrons. É um tipo de astro extremamente compacto. Se uma estrela com duas vezes a massa do Sol fosse prensada até ficar com um centésimo de milésimo do tamanho, meros 25 km de diâmetro, ela seria uma estrela de nêutrons.
O que os físicos fizeram foi mostrar que a gravidade perto de um objeto desses iria interagir com o vácuo de forma tão violenta que campos de energia extremamente fracos seriam amplificados exponencialmente. Uma vez com o resultado nas mãos, porém, os físicos se perguntaram que tipo de energia contida no vácuo poderia sofrer essa explosão.
Desse exercício surgiram muitas perguntas e nenhuma resposta, mas um dos questionamentos levou Vanzella e Lima a um caminho promissor.
Os físicos verificaram que o eletromagnetismo, o tipo de energia cuja forma mais conhecida é a luz, não seria afetado pela gravidade de uma estrela de nêutrons da forma brutal como os físicos previam. Vanzella imaginou se o efeito que ele previu poderia causar essa expansão de energia eletromagnética de outra forma, agindo não no contexto de uma única estrela de nêutrons, mas no contexto cosmológico.
O maior desafio da cosmologia hoje é entender o que é a chamada "energia escura", força que faz o Universo se expandir aceleradamente. Físicos não sabem dizer por que o Big Bang, a explosão que deu origem ao cosmo, não está desacelerando, o que seria de esperar, já que a gravidade das galáxias as atrai umas às outras. Já se postulou até a existência de tipos de campo de força desconhecidos para tentar explicar a energia escura, sem sucesso.
"Se o efeito que nós verificamos realmente se manifesta no caso eletromagnético em contexto cosmológico, porém, seria uma possível explicação para a energia escura. Mas isso também já é muito especulativo da nossa parte, porque ainda estamos no meio das nossas contas", diz Vanzella.
O físico diz, porém, estar confiante em que, de um jeito ou de outro, a teoria chegará a algum tipo de previsão que pode ser colocada sob teste em observações astrofísicas num futuro próximo.
Fonte: Physical Review Letters e Folha de São Paulo

terça-feira, 27 de abril de 2010

Refletor na Lua testa a teoria de Einstein

Físicos da Universidade da Califórnia, em San Diego, nos Estados Unidos, encontraram um refletor de luz soviético, o Lunokhod 1, na superfície da Lua que pousou em 17 de novembro de 1970 e estava desaparecido desde 14 de setembro de 1971. Segundo o jornal Simmetry, do Laboratório do Acelerador Nacional de Partículas, na Universidade de Stanford, o objeto poderá ajudar a testar a lei geral da relatividade, de Albert Einstein.
 lua refletor laser
© NASA (refletor à laser na Lua durante missão da Apollo)
Segundo a revista, o objeto simplesmente reflete qualquer luz de volta para sua fonte, não importando de que direção tenha vindo. Outros refletores podem ser encontrados na Lua, três deles foram deixados pelas missões Apollo (11, 14 e 15) da Nasa, e outros dois russos (Lunokhod 1 e Lunokhod 2). O refletor Lunokhod 2 não funciona bem o suficiente quando iluminado pela luz do Sol, porém o Lunokhod 1 refletem o sinal com mais eficiência. Os cientistas costumam mandar pulsos de laser para esses refletores, sabendo que eles serão refletidos de volta. Os físicos podem, assim, medir a distância até o refletor com grande precisão milimétrica.
São necessários três refletores para descobrir a orientação da Lua. Um quarto acrescenta informações sobre a distorção causada pela gravidade da Lua, e um quinto aumenta a informação. Os cientistas afirmam que, pela sua posição, o Lunokhod 1 é fundamental para entender o núcleo líquido da Lua e para determinar a posição exata do seu centro e assim mapear a órbita. Os cientistas esperam utilizar esses dados para testar o que diz a teoria de Einstein sobre a órbita.
O professor Tom Murphy, da Universidade da Califórnia, afirma que a equipe ocasionalmente se deparou com o refletor desaparecido nos últimos dois anos. Contudo, no mês passado através de uma câmera de alta-resolução da Nasa encontrou o local exato do Lunokhod 1. Em 22 de abril, os cientistas enviaram um pulso de laser para o local do telescópio Apache, no Novo México, e conseguiram determinar a distância do telescópio até o refletor com precisão de 1 cm.
Fonte: Simmetry (Universidade de Stanford)

sexta-feira, 16 de abril de 2010

Novo elemento químico na tabela periódica

Investigadores russos e norte-americanos desenvolveram um novo elemento químico, o 117 (Ununséptio), que permitirá uma série de novas descobertas. A representação da novidade no quadro de Mendeleïev (tabela periódica) vem ocupar o espaço em branco na sétima fila, junto dos elementos ‘pesados’, aqueles com massa atômica elevada. Após as recentes descobertas dos 113, 114, 115, 116 e 118, o 117 permanecia ausente.
Tabela Periódica
© Revista Física (tabela periódica)
A equipe do Instituto de Investigação Nuclear (JINR), de Dubna, na Rússia; e nos EUA, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore e do Laboratório Oak Ridge, observou o elemento ao longo de uma experiência através de um acelerador de partículas do Dubna, onde outros também foram descobertos.
Para o 92, o urânio, cujo estado natural tem 92 prótons, os físicos tiveram de fabricar novos elementos pesados através de colisões provocadas. O 117 (que não existe na natureza) foi o último a preencher a lista devido ao fato de a preparação da experiência apresentar certas dificuldades. Foi encontrado ao manipular átomos de cálcio e berquélio.
Para além de preencher a lacuna na tabela de elementos químicos de Mendeleïev, abre novos horizontes aos investigadores da área, como por exemplo, a teoria da ilha de estabilidade, uma região onde elementos pesados (ainda desconhecidos) teriam uma grande estabilidade e os “elementos pesados fabricados” se desintegrariam em menos de um milissegundo.
Muitos cientistas acreditam que elementos ainda mais pesados possam ocupar uma "ilha de estabilidade", na qual átomos superpesados poderiam se manter íntegros por longos períodos. Esta ideia de estabilidade deve-se a um determinado número de neutrons e prótons presentes nestes átomos, e descobrir tais elementos poderia abrir a porta a novas descobertas. A descoberta do 117 é mais um passo a caminho dessa "ilha".
Resta saber também o que existe depois da ilha de estabilidade. Até onde a natureza vai permitir que o homem construa átomos cada vez mais complexos é uma das principais questões da ciência.
Fonte: Science

quinta-feira, 15 de abril de 2010

Detector Atlas no LHC redescobre o bóson W

O detector Atlas saiu na frente na disputa dentro do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o simulador de "mini-Big Bangs". Apenas dias depois que o seu programa de Física começou a funcionar, o Atlas relatou sua primeira detecção de partículas bóson W.
monitor do experimento atlas
© CERN (monitor do experimento Atlas)
Esse é um tipo de partícula já identificado em outros colisores, mas antes que os detectores no LHC possam tentar descobrir novas delas, precisam "redescobrir" as já estabelecidas.
A detecção inicial é um "excelente sinal" para conseguir as partículas realmente desejadas em breve, diz Fabiola Gianotti, que lidera a equipe Atlas. "Isso demonstra que tanto o acelerador LHC como o detector Atlas funcionam extremamente bem", diz ela.
detector atlas
© CERN (detector Atlas) 
As partículas bóson W se degradam quase instantaneamente em léptons e neutrinos.
Em duas ocasiões, desde que a máquina começou a suas colisões a 7 TeV (trilhões de eletronvolts), no mês passado, os léptons, que podem ser pósitrons ou múons, foram detectados no calorímetro do Atlas e nas câmaras de múons.
Já os neutrinos não interagem de fato com o detector, mas sua presença foi inferida a partir do desequilíbrio na medição de momento total de decaimento ou degradação do detector, ou seja, sua "energia faltante".
A detecção é interessante porque prevê-se que novas partículas, como a desejada bóson de Higgs, também se degradem em bósons W, diz o físico do Atlas Andreas Hoecker. "O bóson W é realmente muito central."
David Barney, um membro do detector rival CMS, aponta para um "elemento de saudável competição entre os dois grandes detectores multifuncionais". Ele diz que muitos eventos interessantes serão necessários em ambos para construir um quadro completo.
Fonte: New Scientist

terça-feira, 30 de março de 2010

Recriação do Big Bang em colisões inéditas

Cientistas responsáveis pelo maior colisor de partículas do mundo, o LHC, conseguiram obter choques de prótons geradores de uma energia recorde de 7 TeV (tera ou trilhões de eletron volts), a energia máxima almejada pelo laboratório.
 feixe estável de prótons
© CERN (feixe estável de prótons quando atingiu 3,5 TeV)
Seu objetivo é recriar condições similares do Big Bang, a grande explosão que teria dado origem ao Universo. Os impactos de hoje chegaram a três vezes o máximo obtido antes.
No fim de novembro, o equipamento já havia atingido a marca de 1,18 TeV, e posteriormente chegou a 2,36 TeV em 2009, e com isso já se tornando o acelerador de partículas de energia mais alta do mundo.
"Isto é física em ação, o início de uma nova era, com colisões de 7 TeV", disse Paola Catapano, cientista e porta-voz do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN), de Genebra, ao anunciar o experimento.
Os aplausos foram intensos nas salas de controle quando os detectores do Grande Colisor de Hadrons (LHC), instalado na fronteira entre França e Suíça, marcaram o choque de partículas subatômicas a uma velocidade próxima à da luz. O colisor possui um túnel oval de 27 quilômetros de comprimento e custou US$ 9,4 bilhões.
 grande colisor de hádrons
© CERN/Efe-Martial Trezzini (LHC, Grande Colisor de Hádrons)
"Estamos abrindo as portas à Nova Física, a um novo período de descobertas na história da humanidade", disse Rolf Dieter Heuer, diretor geral do CERN.
Cada colisão entre as partículas cria uma explosão que permite que milhares de cientistas vinculados ao projeto em todo o mundo rastreiem e analisem o que aconteceu um nanossegundo depois do hipotético Big Bang original, 13,7 bilhões de anos atrás.
O CERN reativou o LHC em novembro, depois de paralisá-lo nove dias depois do lançamento inicial, em setembro de 2008, quando a máquina se superaqueceu devido a problemas no cabo supercondutor que conecta dois ímãs de refrigeração.
 ímãs restaurados
© CERN/Maximilien Brice (dutos com ímãs restaurados)
Os cientistas esperam que a grande experiência lance luz sobre mistérios importantes do cosmos, como a origem das estrelas e dos planetas e o que exatamente é a matéria escura.
Os físicos estão se concentrando na identificação do bóson de Higgs, a partícula que recebeu o nome do professor escocês Peter Higgs, que três décadas sugeriu que algo como ela torna possível a conversão da matéria criada no Big Bang em massa.
Tentativas anteriores de encontrar a partícula fracassaram. Segundo os físicos, a presença dela no cosmos permitiu que os escombros gasosos após o Big Bang se transformassem em galáxias, com estrelas e planetas como a Terra.
Os cientistas do Cern também esperam encontrar evidência concreta da matéria escura, que acredita-se ser responsável por cerca de 25% do Universo. Apenas 5% do total do Universo representa material visível, que reflete a luz. Os pesquisadores, no decorrer dos estudos no LHC, também esperam encontrar prova real da existência da energia escura, que representa os cerca de 70% restantes do cosmos.
O desafio agora é repetir essas colisões com cada vez mais feixes de partículas e mantar os detectores coletando e armazenando dados, os quais serão analisados por dois anos, até a interrupção do funcionamento do acelerador pelo período de um ano.
Só depois, quando o LHC for revisado, os cientistas tentarão elevar a acelaração dos feixes de partículas a 14 TeV, a potência máxima que o colisor pode alcançar e que é ainda mais próxima da criação do Universo.
Fonte: CERN

quinta-feira, 25 de março de 2010

Liga metálica superelástica

Uma liga metálica criada por japoneses bateu o recorde de elasticidade para esse tipo de material, atingindo uma combinação sem precedentes de flexibilidade e resistência.
O novo composto suporta deformações de até 15% em sua estrutura e depois é capaz de retomar à forma original. A invenção pode ganhar aplicações que vão desde prédios imunes a terremotos até aparatos médicos microscópicos.
ncatb
© Universidade Tohoku (NCATB sob tensão vista no microscópio)
Ainda sem nome comercial, o material foi criado por físicos da Universidade Tohoku, em Sendai, no Japão. Para fazer o composto, usaram como base o ferro e o misturaram com níquel, cobalto, alumínio e tântalo, produzindo uma estrutura cristalina complexa.
O material obtido é quase duas vezes mais flexível que o nitinol, uma liga metálica de titânio e níquel que é a mais elástica até agora, além de ser um pouco mais forte.
As propriedades da nova liga, à qual os físicos se referem como tendo "memória de formato", estão descritos em estudo na revista Science.
Cientistas já especulam o que podem fazer com sua nova liga de ferro, batizada provisoriamente com a sigla NCATB. Uma aplicação quase certa será a produção de "stents", os tubos de armação de arame que cirurgiões usam para restaurar vasos sanguíneos flácidos e deteriorados.
 stent
© InCor – Instituto do Coração (stent)
"Hoje, os stents cardíacos são instalados com o uso de níquel-titânio, mas o diâmetro da armação é grande demais para entrar em vasos do cérebro", afirma Toshihiro Omori, um dos autores do estudo sobre o material. A solução para isso será a liga de ferro (NCATB).
O uso do material também é útil na construção civil. Quando um prédio fosse deformado por um terremoto, esta liga superelástica poderia devolvê-lo a sua forma normal.
Segundo os pesquisadores, a NCATB também possui propriedades magnéticas únicas para uma liga metálica superelástica, a que a torna candidata a uso em dispositivos especiais de geração de energia, como recarregadores de bateria que produzem eletricidade a partir do movimento do corpo.
Apesar de promissor, porém, o material ainda precisa superar "vários desafios técnicos e econômicos" antes de ser comercializado, diz Ji Ma, físico da Universidade A&M do Texas que comenta o estudo dos japoneses. "Felizmente, há mais maneiras de otimizar essa liga".
Fonte: Science

domingo, 21 de março de 2010

Stellarator, um reator de fusão nuclear

Num primeiro olhar, a impressão é que as partes que compõem o reator de pesquisa Wendelstein 7-X caíram do céu e se agruparam aleatoriamente, pois o aparelho não tem nada de simetria.
Entre os objetos estão numerosos anéis de metal, com dois metros de diâmetro, que aparentemente sofreram danos numa possível queda. Mas, na verdade, cada curvatura foi feita propositalmente, esculpida milimetricamente.
 anéis magnéticos
© Instituto Max Planck (anéis magnéticos do reator)
Lutz Wegener é o supervisor técnico do reator em construção. Ele é responsável pelos cerca de 800 procedimentos necessários até a finalização, em 2014, do maior reator de pesquisa da Alemanha.
O projeto visa recriar uma situação semelhante ao Sol e, assim, provar que a fusão nuclear pode criar uma fonte constante de energia.
E os anéis de metal têm um papel importante no conjunto. Cada bobina magnética produz um campo magnético e todas as bobinas magnéticas em conjunto criam um tubo magnético tridimensional, para manter o plasma de fusão no lugar.
O combustível para a fusão é o plasma, formado quando a mistura extremamente fina de gás hidrogênio é exposta à alta pressão e ao calor extremo. A subsequente fusão dos núcleos dos seus átomos libera partículas carregadas eletricamente.
O princípio da criação do plasma é simples: uma matéria é aquecida, passa do estado sólido ao líquido e, quando sofre mais aquecimento, o líquido se transforma em gás e, se é aquecida ainda mais, se transforma em plasma.
O processo envolve dois isótopos de hidrogênio combinados, o deutério e o trítio, que leva à criação do gás hélio e libera um nêutron livre. Ao contrário de nêutrons "normais", um nêutron livre tem uma carga e é essa energia que pode ser transformada em eletricidade.
tokamak
© Instituto Max Planck (tokamak – formação de plasma)
A boa notícia sobre esse processo é que a matéria-prima é infinita. O deutério pode ser facilmente retirado da água e o trítio é produzido a partir do lítio.
A fusão nuclear de apenas um grama das duas substâncias gera a mesma quantidade de energia equivalente a 11 toneladas de carvão; e cumpre a missão sem emissões de dióxido de carbono, que é prejudicial a longo prazo e tem risco de explosão.
Há muitas armadilhas em potencial associadas ao esforço de recriar o Sol na forma de um reator, uma delas é a temperatura inimaginável de 100 milhões de graus Celsius.
A maior preocupação dos operadores, no entanto, é a possibilidade do plasma entrar em contato com a parede externa do reator durante a fusão, provocando, assim, a parada do processo.
Para impedir que isso aconteça, 70 bobinas magnéticas gigantes têm que criar uma gaiola magnética estável e, para isso, é necessário magnetos extremamente resistentes.
Com capacidade máxima, 100 toneladas de força magnética estarão concentradas numa estrutura de aço do tamanho de uma mão. Os magnetos são resfriados até 263 graus negativos com hélio líquido, viram supercondutores e permitem que eletricidade suficiente flua sem impedimento.
Essa é a única maneira de produzir eletricidade suficiente num espaço curto o bastante para obter o plasma aquecido a 100 milhões de graus Celsius.
stellarator
© Instituto Max Planck (stellarator – fase de testes)
Esse tipo de reator é conhecido como stellarator e lida com a fusão tokamak, que são os reatores mais usados por físicos até o momento por serem mais fácil de construir.
Mas essa simplicidade tem seu lado negativo, diz Lutz Wegener. Reatores tokamak podem aquecer o plasma por 10 a 30 segundos. Até o mais avançado do tipo, que fica num instituto francês, é capaz de operar por curto espaço de tempo por vez.
O fato de o mundo ainda não contar com uma instalação capaz de realizar fusão desfavorece as pesquisas. E mesmo se o projeto de 430 milhões de euros não forneça nenhuma energia, ele provará se a fusão nuclear permanente é possível ou não.
Fonte: Instituto Max Planck

sexta-feira, 12 de março de 2010

Além da tabela periódica

Um grande grupo internacional de cientistas diz ter recriado uma partícula que esteve presente na origem do Universo. É o núcleo de antimatéria mais pesado já visto. A teoria do Big Bang postula que, no surgimento do Universo, existiam quantidades iguais de matéria e antimatéria (matéria composta de partículas com cargas elétricas trocadas).
detector star
© Brookhaven National Laboratory - detector Star
Mas, de alguma forma, a matéria acabou predominando e formando quase tudo o que existe. Ainda bem: como matéria e antimatéria se aniquilam mutuamente, essa assimetria inicial foi fundamental para que o cosmo existisse. Hoje, os cientistas procuram as antipartículas, "derrotadas", para entender como isso aconteceu.
A estratégia é acelerar núcleos de átomos até velocidades próximas à da luz e colocá-los para se chocar. Essas colisões liberam grandes quantidades de energia e "quebram" os átomos em várias subpartículas.
Se a trombada for forte o suficiente, algumas dessas partículas serão de antimatéria. A má notícia é que elas duram frações mínimas de segundo, logo se desintegrando.
Ainda assim, é melhor do que nada, e os cientistas estão conseguindo, pouco a pouco, pedaços inéditos de antimatéria. É o caso da pesquisa apresentada na última edição da revista "Science", em que se produziu um antinúcleo de hidrogênio superpesado, composto de um antiquark chamado "estranho", visto pela primeira vez.
Os quarks são os elementos básicos dos nêutrons e dos prótons do núcleo dos átomos. O antiquark é um dos pedaços mais básicos de antimatéria. Até hoje, foram poucos os experimentos que conseguiram energia o suficiente para produzir átomos inteiros de antimatéria, já que antiprótons e antinêutrons se aniquilam antes de formarem um núcleo.
O grupo responsável pelo experimento envolve 584 cientistas em 12 países, incluindo brasileiros da USP e Unicamp.
"O jeito como fazemos experimentos em física nuclear e das partículas mudou dramaticamente. Hoje, são sempre centenas de colaboradores", diz Hans Georg Ritter, físico do Lawrence Berkeley National Laboratory, nos EUA.
 antipartícula
© antipartícula do hélio e meson-π positivo 
Para produzir seu anti-hidrogênio com o quark "estranho", os cientistas fizeram núcleos de átomos de ouro se chocarem no Colisor de Íons Pesados (RHIC), em Long Island (EUA). O aparelho obtém energias comparáveis à do Big Bang, dissolvendo os núcleos.
"As colisões produzem muitos tipos de partículas e núcleos, e o tipo de antimatéria que procuramos é muito raro", diz Ritter.
Segundo ele, de 100 milhões de colisões, apenas 70 foram úteis para encontrar os antiquarks "estranhos". Um trabalho minucioso de análise computacional é necessário para detectar as colisões certas.
Fonte: Science

quinta-feira, 11 de março de 2010

Novo modo de produzir eletricidade

Um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, descobriu um fenômeno que faz com que ondas de energia sejam lançadas por nanotubos. Segundo eles, a novidade poderá levar a uma nova forma de produzir eletricidade.
nanotubos decarbono
© MIT – nanotubos de carbono
“O fenômeno das ondas de termoforça abre uma nova área na pesquisa de energia, o que é algo muito raro”, disse Michael Strano, professor de engenharia química do MIT e um dos autores do estudo, que foi publicado na revista Nature Materials.
Como um monte de detritos que são atirados por ondas em uma praia após terem viajado pelo oceano, a onda térmica – um pulso de calor – transportada por um fio microscópico pode levar consigo elétrons, criando uma corrente elétrica.
O ingrediente principal nessa mistura é o nanotubo de carbono, estrutura com medidas nos bilionésimos de metro em que os átomos estão dispostos como em uma cerca de arame enrolada.
No estudo, os nanotubos utilizados foram cobertos com uma camada de um combustível altamente reativo, capaz de produzir calor à medida que se decompunha.
O combustível foi inflamado em um lado do nanotubo por laser. O resultado foi uma onda térmica que se deslocou muito rapidamente pela dimensão do nanotubo de carbono.
Os cientistas verificaram que o calor do combustível foi passado para o nanotubo, onde se deslocou milhares de vezes mais rápido do que o próprio combustível. À medida que o calor retornou à camada de combustível, uma onda térmica foi criada e emitida pela dimensão do nanotubo.
Com uma temperatura de mais de 2.700º C, o anel de calor se moveu pelo nanatubo 10 mil vezes mais rápido do que o espalhamento normal da reação química. O calor produzido pela combustão, observaram os pesquisadores, também deslocou elétrons pelo tubo, criando uma corrente elétrica significativa.
Ondas de combustão, como o pulso de calor por um fio metálico, têm sido estudadas matematicamente há mais de 100 anos, mas o grupo do MIT é o primeiro a observar seu efeito em um nanotubo e verificar que a onda de calor pode transportar elétrons e produzir eletricidade.
Fonte: Nature

terça-feira, 16 de fevereiro de 2010

A maior temperatura atingida em laboratório

Cientistas atingiram a temperatura  de 4 trilhões de graus Celsius, a  mais alta da história em laboratório, quente o suficiente para desintegrar a matéria e transformá-la no tipo de sopa que existiu milionésimos de segundos depois do nascimento do Universo.
quark-gluon plasma
© Plasma quark-glúon
Eles usaram um acelerador de partículas gigante do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, em Nova York, para bater íons de ouro na produção de explosões ultra-quentes, que duraram apenas milésimos de segundos. Esse procedimento irá ajudar a elucidar por que e como o Universo foi formado.
"Essa temperatura é alta o suficiente para derreter prótons e nêutrons", disse Steven Vigdor, do Brookhaven, em uma entrevista coletiva num encontro da Sociedade Americana de Física, em Washington. Essas partículas formam átomos, mas elas próprias são formadas por componentes menores chamados quarks e glúons.
Os físicos buscam agora minúsculas irregularidades capazes de explicar por que a matéria acumulou nessa sopa quente primordial.
Eles também esperam usar seus achados em aplicações mais práticas, como no campo da "spintrônica", que tem como objetivo desenvolver peças de computador menores, mais rápidas e mais potentes.
Eles usaram o RHIC (Colisor Relativístico de Íons Pesados), um acelerador de partículas com 3,8 quilômetros de comprimento e que está a 4 metros abaixo do solo em Upton, em Nova York, para colidir íons de ouro bilhões de vezes.
túnel RHIC
© RHIC
"O RHIC foi projetado para criar matéria nas temperaturas encontradas inicialmente no Universo antigo", disse Vigdor. Eles calculam que a temperatura de 4 trilhões de graus se aproxima muito disso.
O centro do nosso Sol mantém-se a 15 milhões de graus, o ferro derrete a 1.800 graus e a temperatura média do Universo é atualmente de 2,7 graus acima do zero absoluto. O artigo será publicado na Physical Review Letters.
 Fonte: Brookhaven National Laboratory

segunda-feira, 25 de janeiro de 2010

Novo processo para fusão nuclear em plasma

Um experimento que reproduziu em laboratório as características dos campos magnéticos da Terra e de outros planetas pode abrir caminho para o desenvolvimento de novos processos de fusão nuclear, segundo um estudo publicado pela revista "Nature Physics".
Os pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) e da Universidade de Columbia, em Nova York, utilizaram um ímã de meia tonelada, mantido em "levitação" por meio de outro ímã, para conseguir controlar o plasma (gás ionizado). O plasma, quarto estado da matéria está em toda parte no universo: em estrelas, nos ventos solares, na ionsfera, em raios. É constituído por partículas carregadas eletricamente: íons e elétrons.
levitated dipole experiment
© LDX (Levitated Dipole Experiment) 
No "Levitated Dipole Experiment" ("Experimento Dipolo Levitante"), realizado no MIT, o ímã supercondutor, resfriado a -269°C com hélio líquido, controlou os movimentos de um plasma aquecido, que estava em um compartimento adjacente.
A turbulência gerada produziu uma concentração mais densa de plasma, uma etapa crucial para fazer com que os átomos se fundam ao invés de aumentar sua dispersão, como ocorre normalmente.
Observado durante a interação de plasmas com os campos magnéticos da Terra ou de Júpiter, este tipo de concentração sob efeito de um campo magnético "jamais havia sido recriado em laboratório", afirmou o MIT.
Este enfoque "pode dar origem a uma via alternativa para a fusão nuclear", destacou Jay Kesner, do MIT, um dos coordenadores do projeto LDX junto com Michael Mauel, da Universidade de Columbia.
Fonte de resíduos radioativos, a fissão nuclear nas centrais utilizadas atualmente consiste em partir os núcleos dos átomos. Por outro lado, se passarem por um processo de fusão, é possível conseguir uma fonte de energia limpa.
Fonte: Nature Physics