quarta-feira, 25 de agosto de 2010

Teoria sobre moléculas que piscam

O físico Boldizsár Jankó e seus colegas da Universidade de Notre Dame, nos Estados Unidos, finalmente descobriram a fonte de um dos grandes mistérios da físico-química: moléculas que cintilam.
pontos quânticos e fluorescência
© Boldizsár Jankó (pontos quânticos e fluorescência)
Há mais de um século, o físico Neils Bohr, um dos pais da mecânica quântica, previu os chamados saltos quânticos. Sua teoria diz que os elétrons não se moviam suavemente para cima e para baixo em relação ao núcleo do átomo. Em vez disso, eles ocupariam órbitas bem determinadas, e só se movimentariam entre elas dando saltos quânticos, eventualmente emitindo luz quando o salto quântico os levasse para órbitas de menor energia.
Apesar dessa ideia ter sido altamente controversa nos tempo de Bohr, ela passou a ser aceita pelos físicos e foi finalmente observada experimentalmente em 1980. Mais recentemente, com o desenvolvimento de técnicas de imageamento capazes de filmar moléculas, foi possível observar saltos semelhantes em moléculas individuais.
Durante os experimentos, estes saltos quânticos puderam ser vistos como interrupções discretas na emissão de luz contínua de algumas moléculas, revelando um fenômeno que passou a ser conhecido como intermitência da fluorescência.
No entanto, embora alguns casos dos pisca-piscas moleculares possam ser diretamente atribuídos aos saltos quânticos originais de Bohr, há um número muito maior de casos onde a intermitência da fluorescência não segue as previsões da teoria.
E são casos de grande importância não apenas para a ciência, mas também para a tecnologia: proteínas fluorescentes, largamente utilizadas em biomedicina, moléculas captadoras de luz, importantes tanto para a fotossíntese quanto para as células solares, e, mais recentemente, estruturas inorgânicas criadas pela nanotecnologia, são alguns exemplos.
Como o fenômeno das moléculas piscantes não se enquadrava na teoria da mecânica quântica, os físicos consideraram por muito tempo que o fato de as moléculas "ligarem" e "desligarem" sua fluorescência eram fenômenos isolados, não relacionados um com o outro.
Até que, em 2007, o físico argentino Fernando Stefani, da Universidade de Buenos Aires, publicou um trabalho no qual ele demonstrava indícios de uma estreita correlação entre o ligar e o desligar dessas estrelas moleculares. Mas os pesquisadores continuaram sem um modelo teórico capaz de explicar essas correlações.
Agora, Jankó e seu grupo finalmente desenvolveram um modelo que explica os fenômenos de intermitência da fluorescência e que confirma o que Stefani observou experimentalmente. Ou seja, o acender e o apagar das moléculas fluorescentes são mesmo oriundos de um mesmo fenômeno. Se o processo de intermitência das moléculas puder ser controlado, então a emissão de luz dos pontos quânticos também poderá.
nanofios semicondutores e fluorescência
© Boldizsár Jankó (nanofios semicondutores e fluorescência)
Esses fundamentos científicos poderão ser a base para a aplicação nos nanofios, usados para gerar energia a partir do movimento; para a geração de imagens precisas de células cancerígenas individuais e de imagens em tempo real de uma infecção viral, como o HIV, dentro de uma célula; e também de uma nova geração de "telas quânticas" superbrilhantes para computadores, TVs, telefones celulares e outros aparelhos eletrônicos; e mesmo de novas técnicas de iluminação ambiente para residências e escritórios.
Fonte: Nano Letters

sexta-feira, 20 de agosto de 2010

Laser poderá criar matéria do vácuo

O princípio de incerteza de Heisenberg, um dos pilares da mecânica quântica, implica que nenhum espaço pode estar inteiramente vazio. De fato, e para desespero final dos materialistas, a ciência já demonstrou que a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico.
  Super Laser
© ELI (ilustração do Extreme Light Infrastructure)
É desse vácuo quântico que nunca é vazio que emerge a matéria. Flutuações aleatórias do vácuo quântico geram constantemente uma multiplicidade de partículas, as chamadas partículas virtuais, entre elas elétrons e pósitrons.
Elétrons são bem conhecidos, deram nome à eletrônica. Os pósitrons também já estão sendo úteis na maioria dos laboratórios clínicos e hospitais, nos famosos exames de tomografia por emissão de pósitrons (PET-Scan).
Os pósitrons são partículas de antimatéria, mais especificamente, são antielétrons. Como elétrons e pósitrons surgem aleatoriamente do vácuo quântico, eles se encontram e se aniquilam quase com a mesma rapidez com que surgem. E esse equilíbrio de matéria e antimatéria garante que não fique jorrando matéria do nada o tempo todo.
O que os físicos querem fazer agora é tornar reais essas partículas virtuais, fazê-las romper o limiar de sua vida efêmera e trazê-las à existência real.
A possibilidade de que isso aconteça foi prevista por Fritz Sauter, em 1931. Segundo ele, um campo elétrico forte o suficiente pode transformar as partículas virtuais em partículas reais de tal forma que possam ser detectadas.
Alexander Fedotov e seus colegas da Rússia, França e Alemanha, acreditam que o experimento, finalmente, começará ser viabilizado por volta de 2015, quando será inaugurada a primeira etapa do Extreme Light Infrastructure (ELI). A seguir o gráfico mostra a intensidade em W/cm² nos últimos 50 anos.
intensidade do ELI© ELI (intensidade do ELI)
O ELI, um projeto conjunto de 13 países europeus, será o laser de maior potência já construído, cerca de seis vezes mais forte do que os mais fortes atualmente. Ele deverá gerar pulsos ultra curtos de radiação de alta energia, cerca de 100 GeV, suficientes para fazer com que partículas acelerem até próximo da velocidade da luz.
Fedotov e seus colegas acreditam que o ELI será suficiente para gerar 1026 Watts por centímetro quadrado. Segundo seus cálculos, isso será o bastante para dar vida às partículas virtuais.
Em 1997, uma equipe do acelerador SLAC, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, conseguiu criar pares de elétrons-pósitrons. Mas a potência do ELI poderá permitir uma reação em cadeia, criando os pares aos milhões.
produção de pares elétrons-pósitrons
© ELI (esquema da produção de pares elétrons-pósitrons)
Segundo Fedotov e seus colegas, o primeiro par de elétron-pósitron criado será acelerado pelo laser, gerando luz. Estes fótons, juntamente com os demais fótons do laser, vão criar mais pares, que gerarão mais fótons para se juntar ao laser, e assim por diante, fazendo finalmente a matéria jorrar do nada. Ou melhor, jorrar do vácuo quântico.
Enquanto esperam até que os engenheiros façam o seu trabalho, o físicos continuarão procurando pela quarta propriedade do elétron, que também poderá lançar alguns fótons sobre o paradeiro de toda a antimatéria que teria sido criada no Big Bang. Ou sonhando com o super colisor de partículas linear, que deverá ser o sucessor do LHC, e que promete não apenas responder a algumas dessas questões imateriais, como lançar outras exponencialmente mais impensáveis.
Fonte: Physical Review Letters

terça-feira, 17 de agosto de 2010

Um buraco quântico deixado por elétron

Físicos do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, já bateram o recorde mundial de menor tempo já medido e recentemente desbancaram uma teoria de um século, mostrando que o efeito fotoelétrico tem um retardamento temporal devido a uma interação entre os elétrons.
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© Nature (espectro de absorção dos íons de criptônio)
Agora, foi observado pela primeira vez o que ocorre dentro de um "buraco quântico", o "vazio" deixado no átomo quando um único elétron de sua camada de valência é ejetado.
Os movimentos dos elétrons em suas órbitas atômicas duram apenas alguns poucos attossegundos (um bilionésimo de um bilionésimo de segundos). Mas o que exatamente essas partículas elementares fazem na "atmosfera dos átomos" é algo ainda em grande parte desconhecido.
O que é bem claro é que não se pode determinar o momento e a localização de uma partícula quântica, como o elétron, ao mesmo tempo. Por isto, o movimento dessas partículas elementares é descrito em termos de uma nuvem de elétrons, chamada "densidade probabilística das partículas".
E esta nuvem de elétrons está sujeita a uma rápida pulsação quando sofre uma excitação, com a incidência de um fóton.
O que os cientistas fizeram agora foi observar o movimento da nuvem de elétrons quando um dos elétrons no átomo é ejetado por um pulso de luz.
O experimento é um prosseguimento do estudo anterior, que determinou que um elétron excitado por um fóton, o princípio de funcionamento das células solares, demora 20 attossegundos para deixar o átomo.
Desta vez, a equipe do Dr. Ferenc Krausz usou pulsos de luz de 100 attossegundos para observar o que acontece no local exato de um átomo do gás nobre criptônio onde um elétron é expulso de sua órbita por um pulso de luz.
Quando o pulso de laser arranca um elétron, o átomo se torna um íon, com carga positiva. No momento em que o elétron deixa o átomo, cria-se uma lacuna, com carga positiva, dentro do íon. Do ponto de vista da mecânica quântica, esse espaço livre continua a pulsar dentro do átomo.
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© Nature (movimento da lacuna positiva deixada pelo elétron)
Os que os físicos conseguiram fazer agora foi observar diretamente esta pulsação, criando uma fotografia virtual do buraco quântico.
O experimento demonstrou que a posição da lacuna dentro do íon, ou seja, a localização da carga positiva, move-se para trás e para frente, variando entre uma forma alongada e uma forma compacta, em ciclos com uma duração de 6 femtossegundos (milésima parte do attossegundo).
"Nossas experiências nos deram uma visão única em tempo real desse microcosmo," comenta o Dr. Krausz. "Usando flashes de luz de attossegundos, nós registramos pela primeira vez processos da mecânica quântica dentro de um átomo ionizado."
O feito ajuda a compreender a dinâmica das partículas elementares fora do núcleo atômico, que é mais extensamente estudado em experimentos como o LHC.
Em sistemas mais complexos, em nível molecular, este tipo de dinâmica é o principal responsável pela sequência dos processos químicos e biológicos.
Um entendimento mais preciso dessa dinâmica poderá abrir as portas para o entendimento de fenômenos que vão da origem microscópica de doenças atualmente incuráveis até a aceleração gradual da velocidade de processamento dos computadores.
Fonte: Nature

sábado, 7 de agosto de 2010

Fenômenos quânticos em sistemas mecânicos

Um acoplamento de espelhos que emitem fótons através da luz e um ressonador micromecânico que é forte o bastante para transferir efeitos quânticos para o mundo macroscópico pode caracterizar esta interação.
levitação óptica
© Nature (oscilação optomecânica)
A física quântica é cheia de paradoxos e comportamentos bizarros, como gatos em caixas que estão vivos e mortos ao mesmo tempo e partículas que interagem instantaneamente mesmo quando uma delas foi para o outro lado da galáxia.
O entrelaçamento de partículas e a superposição quântica são fenômenos bem conhecidos e explorados pelos pesquisadores que estão tentando construir computadores quânticos. Uma superposição quântica é um estado no qual uma partícula, como um fóton ou um átomo, existe simultaneamente em dois locais, somente quando se tenta detectar sua posição, sua função de onda colapsa e uma das posições é estabelecida.
O entrelaçamento quântico, algumas vezes chamado de emaranhamento, foi o que Albert Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância", ele permite que as partículas compartilhem informações instantaneamente, mesmo estando fisicamente separadas por grandes distâncias.
E será que essas leis da física quântica podem de alguma forma serem aplicadas aos objetos em escala humana, ou pelo menos a objetos que possam ser vistos a olho nu? Esta é uma questão que os próprios físicos têm se perguntado desde o início da formulação da teoria.
interação quântica
© Nature (interação quântica)
O estudo do comportamento quântico em pequenos sistemas mecânicos tem como prioridade fundamental a eliminação de interferências nas interações entre o sistema e o seu ambiente. As vibrações térmicas aleatórias do ambiente são facilmente transferidas para o objeto mecânico, destruindo suas frágeis propriedades quânticas.
Para resolver este problema, pesquisadores do mundo todo começaram a usar dispositivos criogênicos, onde o ambiente é resfriado a uma temperatura muito baixa, reduzindo a magnitude dessas vibrações aleatórias, e a isolar os sistemas quânticos em armadilhas magnéticas para que o sistema não tenha nenhum contato direto com o ambiente externo.
Recentemente, as tecnologias de micro e nanofabricação estão permitindo que os cientistas façam experimentos de acoplamento entre o mundo quântico e mundo mais trivial.
As pesquisas começaram com pequenos objetos que oscilam mecanicamente, chamados ressonadores, que se comportam como se fossem pêndulos. Como existem ressonadores com tamanhos que vão desde vários centímetros até algumas poucas centenas de nanômetros, eles são os maiores objetos em que se pode testar a teoria quântica.
O objetivo das pesquisas eram transferir as propriedades de um sistema quântico elementar constituído de um átomo, um elétron ou um fóton para o objeto mecânico macroscópico. Para isso, são necessárias duas condições: primeiro, o ressonador mecânico deve ser resfriado até próximo do zero absoluto; segundo, a força entre o ressonador mecânico e o átomo, elétron ou fóton deve ser forte o suficiente para superar o decaimento natural das propriedades quânticas, tecnicamente chamado decoerência.
Para gerar o acoplamento forte necessário é utilizado um princípio bem conhecido na óptica quântica: um ressonador óptico. Como a reflexão de um único fóton através de um espelho não gera a força suficiente para acionar o ressonador mecânico, os fótons são injetados entre dois espelhos paralelos, onde ficam refletindo entre um e outro até adquirirem energia suficiente para escapar através de um dos espelhos, que não é um refletor perfeito.
Com o número suficiente de fótons, capazes de superar a tendência natural à decoerência, a troca de energia entre a luz e o oscilador mecânico acontece mais rapidamente do que o tempo que os fótons precisam para sair da armadilha óptica formada pelos dois espelhos; com isso, o movimento da luz e do ressonador mecânico entram em sintonia, ficando acoplados.
Os efeitos do mundo quântico parecem também vazar para o mundo macro, porque a oscilação não é nem puramente mecânica e nem puramente óptica, é um híbrido entre as duas, uma oscilação optomecânica.
Com aplicações deste tipo é possível testar até que ponto as leis da física quântica são válidas no mundo macro.
Fonte: Nature

terça-feira, 3 de agosto de 2010

Técnica para medir rotação da luz

A luz pode ter um "momento angular orbital", uma espécie de rotação, mas que se parece mais com um planeta orbitando ao redor do Sol do que girando sobre seu próprio eixo.
rotação da luz com difração triangular
© U. F. de Alagoas (rotação da luz com difração triangular)
Medir essa propriedade é complicado, mas pesquisadores brasileiros mostram que dirigir um feixe luminoso através de um buraco triangular cria uma matriz triangular de pontos que indica diretamente a dinâmica orbital angular desse feixe.
A técnica, simples e elegante, é uma ferramenta importante para explorar uma propriedade incomum da luz, que poderá no futuro ser usada para codificar informações quânticas.
Quando um feixe de luz possui momento angular, esse momento angular pode ter dois elementos. O momentum angular "spin" corresponde à polarização circular da luz para a direita ou para esquerda, o que significa que a direção do campo elétrico gira no sentido horário ou anti-horário conforme a luz se move para a frente.
O momento angular orbital ocorre quando a direção do campo elétrico varia no interior do feixe. Por exemplo, imagine medir a direção do campo elétrico em cada ponto ao redor de um feixe de luz de grande diâmetro. Ele pode apontar para cima, para a direita, para baixo, ou para a esquerda.
Este feixe pode ter uma unidade de momento angular orbital, uma "carga topológica" de um. O campo de um feixe de carga dois poderia dar duas rotações completas conforme você se move ao redor de seu contorno.
Os pesquisadores esperam aproveitar esta propriedade para transportar informações com a luz, exatamente como eles já fazem com a polarização, pois enquanto cada fóton tem apenas dois estados de spin distintos, há potencialmente infinitos estados do momento angular orbital. O problema é que até agora não havia um método de distinguir os diversos estados do momento angular orbital de forma eficiente.
Os físicos já haviam descoberto como gerar feixes que possuam momento angular orbital e usá-los para exercer torque sobre partículas, movimentando-as.
Mas Jandir Miguel Hickmann e seus colegas da Universidade Federal de Alagoas, em Maceió, afirmam que há uma quantidade muito pequena de pesquisas que exploram o que acontece quando esses raios de luz passam por aberturas muito pequenas.
Esses experimentos de difração geram padrões de pontos que os físicos vêm usando há muito tempo para analisar as propriedades da luz comum, mas as técnicas para medir o momento angular orbital são poucas e mais complicadas.
Quando Hickmann e seus colegas simularam a difração de feixes de luz passando através de furos de variados formatos, eles descobriram que o uso de um triângulo isósceles traz um benefício inesperado: "Você pode simplesmente contar os pontos para descobrir a carga topológica". Os pesquisadores também verificaram esta previsão experimentalmente.
A equipe calculou e observou que, uma vez que o feixe está centrado no furo, ele gera um padrão incomum: uma rede triangular de pontos. O brilho de cada ponto individual depende das contribuições combinadas da luz a partir de diferentes locais no buraco triangular.
Os cálculos preveem que os pontos mais brilhantes formam um triângulo cujo tamanho (o número de pontos em cada um dos seus lados) é uma unidade maior do que a magnitude da carga topológica.
Além disso, o padrão luminoso triangular é girado em 60 graus em qualquer direção em relação à abertura, com a direção dependendo do sinal da carga (o sentido de rotação da luz). Assim, a abertura triangular representa uma maneira fácil de medir a magnitude e o sinal do momento angular orbital.
Miles Padgett, da Universidade de Glasgow, na Escócia, comentando o artigo dos brasileiros, afirmou que "Foi uma surpresa, pelo menos para mim, que haja uma relação tão simples e bonita" entre o número de pontos difratados, a orientação do padrão, a magnitude e o sinal da carga topológica.
Fonte: Physical Review Letters

segunda-feira, 2 de agosto de 2010

Busca da quarta propriedade do elétron

Os elétrons são partículas elementares com carga negativa que formam camadas em torno dos átomos e dos íons. Esta definição poderá exigir uma complementação.
antimatéria
© Revista Física (ilustração da quarta propriedade do elétron)
Muitos físicos acreditam que os elétrons têm um momento de dipolo elétrico permanente. Como os pólos magnéticos norte e sul de um ímã, existem também dois pólos elétricos. Um momento de dipolo elétrico geralmente é criado quando cargas positivas e negativas são separadas espacialmente. No caso dos elétrons, a situação é muito mais complicada porque os elétrons não deveriam ter realmente qualquer dimensão espacial.
Apesar disso, muitas teorias físicas vão além do Modelo Padrão da física de partículas elementares e de fato baseiam-se na existência de um momento de dipolo. E não são teorias quaisquer, são teorias que tentam explicar como o Universo foi criado.
Segundo as teorias mais aceitas atualmente, há cerca de 13,7 bilhões de anos, o Big Bang teria criado quantidades iguais de matéria e de antimatéria.
Mas matéria e antimatéria destroem-se mutuamente. Logo, nada deveria ter permanecido. Na realidade, porém, criou-se muito mais matéria do que antimatéria.
Um momento de dipolo elétrico do elétron poderia explicar este desequilíbrio.
Até agora, porém, ninguém conseguiu provas da existência deste suposto momento de dipolo, eventualmente porque as técnicas atuais simplesmente não são sensíveis o suficiente.
Mas um pequeno pedaço de cerâmica está para mudar toda essa história. Marjana Lezaic e Konstantin Rushchanskii, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, nos Estados Unidos, projetaram essa cerâmica simulando o comportamento quântico dos átomos em um supercomputador.
A cerâmica é o titanato de bário-európio (Eu0.5Ba0.5TiO3), que tem algumas propriedades muito especiais, permitindo a realização de medições 10 vezes mais sensíveis do que foi feito até hoje. Isto deverá ser suficiente para localizar o momento de dipolo elétrico do elétron.
A ideia é usar um magnetômetro SQUID, o sensor magnético mais sensível já construído, para medir a magnetização do pedaço de cerâmica quando ele for submetido a um campo elétrico.
Como um momento elétrico não pode ser medido diretamente, os cientistas esperam demonstrar uma mudança na magnetização quando o campo elétrico é invertido. Isto seria um indício da existência do elusivo momento do dipolo elétrico.
reversão de dipolo do elétron
© Nature Materials (reversão de dipolo do elétron)
Se o campo elétrico for invertido, os momentos de dipolo dos elétrons serão revertidos, levando, consequentemente, a uma mudança simultânea mensurável na magnetização.
Em um elétron, um dipolo elétrico só pode ser orientado paralelamente ou antiparalelamente ao spin do elétron. Em um campo elétrico, a maioria dos elétrons são orientados de tal forma que seu momento dipolo é paralelo ao campo. Poucos são orientados na outra direção.
Isso deve levar a uma magnetização mensurável. Se o campo elétrico for invertido, os momentos de dipolo dos elétrons serão revertidos, levando, consequentemente, a uma mudança simultânea mensurável na magnetização.
Se não existir um momento de dipolo elétrico, a magnetização deverá permanecer inalterada.
Uma equipe da Universidade de Praga, na República Tcheca, já sintetizou e caracterizou o material em laboratório, confirmando as propriedades calculadas pelos colegas norte-americanos.
Mas o cobiçado momento de medir o dipolo do elétron ainda não chegou. "Efeitos indesejados ainda estão inibindo as medições," conta Lezaic, sem esconder a decepção. "Mas estamos trabalhando intensamente na melhoria do material."
Fonte: Nature Materials

sexta-feira, 30 de julho de 2010

O grafeno exibe nova propriedade física

O grafeno, uma estrutura finíssima de carbono com apenas um átomo de espessura, surpreendeu pesquisadores da Universidade da Califórnia Berkeley recentemente. Uma nova propriedade deste material foi observada quando um experimento estava em andamento: a criação de um campo pseudomagnético, de longe o mais forte jamais conseguido em laboratório. A descoberta poderá ser usada em futuros dispositivos eletrônicos.
 nanotubos de grafeno no miscroscópio de tunelamento
© Universidade da Califórnia Berkeley (nanotubos de grafeno)
Os físicos descobriram que quando o grafeno é esticado para formar nanotubos em um substrato de platina, os elétrons se comportam de forma estranha, como se estivessem se movimentando em um campo magnético forte. “Este é um fenômeno físico completamente novo nunca visto em nenhum sistema de matéria condensada”, disse o professor e líder da equipe Michael Crommie da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA.
Apesar de muitos materiais já terem sidos testados em campos magnéticos para determinar como seus elétrons se comportam, o máximo de força destes campos conseguida em laboratório até hoje é de 85 T (tesla) e com duração de apenas milésimos de segundos. Quando campos magnéticos mais fortes são criados, os ímãs se afastam um do outro.
A capacidade de fazer com que os elétrons se comportem como se estivessem em um campo magnético de 300 teslas ou mais, apenas esticando o grafeno, oferece uma nova janela para uma gama de aplicações importantes e descobertas científicas fundamentais. Isto só é possível com o comportamento de elétrons do grafeno, um material diferente de qualquer outro já observado. Para fins comparativos, um aparelho de ressonância magnética comum, capaz de atrair objetos metálicos volumosos, cria um campo de apenas 3 teslas. Bobinas de campo eletromagnético pulsado conseguem criar campos de até 100 teslas, mas apenas por frações de segundo, sob o risco de explodirem.
A ideia de que uma deformação de grafeno poderia levar ao aparecimento de um campo pseudomagnético apareceu primeiro quando folhas de grafeno foram isoladas, em um contexto de nanotubos de grafeno.
O grupo de pesquisa de Crommie usou um microscópio de tunelamento de varredura para estudar monocamadas de grafeno crescendo em um substrato de platina. A platina possui um arranjo triangular de átomos e se encolhe mais do que o grafeno quando é resfriada. Dessa forma, a platina acaba puxando o grafeno em três direções diferentes, fazendo com que a molécula se enrugue e forme bolhas tetraédricas minúsculas, de 4 a 10 nanômetros de largura na base e alguns nanômetros de altura. O microscópio de tunelamento funciona usando uma sondagem de agulhas afiadas que passam ao longo da superfície de um material para medir as variações diminutas de mudanças na corrente elétrica, revelando a densidade de estados eletrônicos em cada ponto da varredura, enquanto constrói uma imagem da superfície.
Na mecânica quântica, as órbitas de elétrons se tornam quantificáveis e exibem níveis discretos de energia.  Estes níveis são chamados de níveis de Landau e correspondem a energias onde interferências ocorrem em uma função quântica de onda de elétrons orbitando. O número de elétrons ocupando cada nível de Landau depende da força do campo; quanto maior é o campo, maior é a energia de espaçamento entre os níveis de Landau, e os estados eletrônicos se tornam mais densos em cada nível. A força do campo é uma característica chave dos campos pseudomagnéticos previstos no grafeno. 
A densidade maior dos estados eletrônicos revelada pela  espectroscopia de tunelamento de varredura, que correspondia aos níveis de Landau, em alguns casos indicaram campos pseudomagnéticos gigantes acima de 300 teslas.
Fonte: Science

quinta-feira, 29 de julho de 2010

Intel apresenta chip fotônico a laser

A Intel anunciou um avanço importante rumo à utilização de feixes de luz para substituir o uso da eletricidade no transporte dos dados nos computadores.
A empresa desenvolveu um protótipo de chip fotônico que realizou, pela primeira vez, uma transmissão óptica de dados com lasers integrados em um chip de silício.
chip transmissor composto por quatro lasers
© Intel (chip transmissor composto por quatro lasers)
O link óptico é capaz de transmitir dados a distâncias maiores e em velocidades muito mais rápidas do que é possível com a tecnologia atual, chegando a até 50 gigabits de dados por segundo, isso equivale a transferir um filme inteiro em alta definição a cada segundo. O feito é a primeira demonstração prática de um chip fotônico criado pela empresa em 2006.
Os chips dos computadores atuais são interligados por fios de cobre ou por trilhas metálicas nas placas de circuito impresso. Devido à degradação do sinal gerada quando metais são utilizados para transmitir dados, esses cabos têm que ser muito curtos.
Isso limita o projeto dos computadores, porque exige que processadores, memória e outros componentes sejam colocados a poucos centímetros uns dos outros.
O novo chip fotônico é um passo importante para substituir essas conexões, que usam elétrons para transferir dados por finíssimas fibras ópticas que usam fótons para transferir muito mais dados a distâncias muito maiores.
A grande vantagem do novo chip fotônico é a sua construção baseada no silício, que é muito mais barato e fácil de lidar do que outros materiais pesquisados na área, como o arseneto de gálio.
O impacto da fotônica à base de silício vai além do interior dos computadores. Com as taxas de transmissão de dados alcançadas com esta tecnologia é possível imaginar telas 3D gigantescas, ocupando paredes inteiras, com uma resolução tão alta que será difícil distinguir o ambiente da sala do ambiente do filme.
Os datacenters também terão muito a ganhar, podendo ficar espalhados por vários locais diferentes, em vez de ficarem restritos a espaços pequenos, limitados pelos grossos cabos de cobre que interligam os diversos servidores.
A tecnologia ainda não está pronta para chegar ao mercado, mas ela permite que os engenheiros testem novas ideias e aprimorem as tecnologias para transmitir dados a velocidades crescentes.
link de dois chips fotônicos de silício
© Intel (link de dois chips fotônicos de silício)
O campo das telecomunicações já utiliza lasers para transmitir informações opticamente, mas essas tecnologias, em seu nível atual, são caras e volumosas demais para serem usadas dentro de um computador pessoal.
O link de 50Gbps é estabelecido por dois chips fotônicos de silício, ambos com lasers integrados, um funcionando como transmissor e outro como receptor.
O chip transmissor é composto por quatro lasers, cujos feixes de luz são dirigidos a um modulador óptico, responsável por codificar os dados a 12,5 Gbps. Os quatro feixes são então combinados e injetados em uma única fibra óptica, alcançando a taxa de transferência total de 50Gbps.
Na outra ponta do link, o chip receptor faz o inverso, separando a luz da fibra óptica nos quatro feixes individuais e enviando-os para os fotodetectores, que convertem os dados de volta em sinais elétricos.
Os pesquisadores já estão trabalhando para aumentar a taxa de transferência de dados. Para isso eles pretendem acelerar o modulador e aumentar o número de lasers por chip, abrindo caminho para os links ópticos do futuro, na faixa dos terabits por segundo, que é o suficiente para transferir todos os dados de um laptop típico em um segundo.
Fonte: Intel

quarta-feira, 28 de julho de 2010

Matéria quântica em queda livre

Uma amostra de condensado de Bose-Einstein instalada em uma cápsula foi observada enquanto era submetida a queda livre a partir de uma altura de 120 metros, simulando uma situação de ausência de gravidade.
 cápsula quântica
© Universidade de Bremen (cápsula quântica)
O experimento, realizado por um grupo internacional de cientistas e publicado recentemente na revista Science, reúne fundamentos das duas maiores revoluções da Física do século passado: a Teoria da Relatividade Geral e a Mecânica Quântica.
Apesar da aparente simplicidade, o experimento, coordenado por Tim van Zoest, do Instituto de Óptica Quântica da Universidade Leibniz, em Hannover (Alemanha), pode representar um passo fundamental em direção a uma nova revolução no estudo das propriedades gravitacionais da matéria quântica, abrindo caminho para observações de altíssima precisão, especialmente se os experimentos puderem ser reproduzidos no espaço com o uso de interferômetros atômicos.
Por suas implicações para o futuro da Física, o artigo mereceu um comentário na mesma edição da revista. Para essa tarefa, foram convidados dois pesquisadores do Instituto de Física (IF) da Universidade de São Paulo (USP): Paulo Nussenzveig e João Carlos Alves Barata.
Nussenzveig, que atua nas áreas de óptica quântica, física atômica e informação quântica, havia publicado em setembro de 2009, também na Science, artigo sobre uma descoberta relacionada ao emaranhamento quântico. A excelência do grupo brasileiro na área foi reconhecida pelos editores da revista norte-americana.
Segundo Barata, que atua na área de física matemática, o interesse pelo artigo não está nos resultados do experimento em si, que são limitados. Mas as técnicas e os instrumentos utilizados abrem perspectivas interessantes que poderão resultar em importantes conquistas no futuro.
"Certas revoluções científicas nascem de grandes mudanças de paradigmas, como a própria Teoria da Relatividade Geral. Outras nascem de mudanças em equipamentos e técnicas, como a invenção do laser. O experimento realizado pela equipe de Zoest se enquadra nessa última categoria, ao desenvolver meios que permitirão, no futuro, fazer testes muito precisos sobre a relatividade geral".
No comentário, os cientistas da USP explicam que os conceitos de "revoluções científicas induzidas por conceitos e equipamentos" foram extraídos do livro Imagined Worlds, do físico norte-americano Freeman Dyson.
O experimento coordenado por van Zoest foi realizado em Bremen, na Alemanha. Uma cápsula foi lançada de 120 metros de altura por dentro de uma torre onde foi feito vácuo. Os três segundos de queda, segundo Barata, são considerados um tempo relativamente longo para esse tipo de experimento.
"Dentro da cápsula havia uma amostra do condensado de Bose-Einstein e diversos sensores capazes de analisar uma série de efeitos sobre esse material durante a queda livre. Assim, os cientistas foram capazes de avaliar como a matéria se comporta em situações nas quais não há campo gravitacional agindo", explicou.
O condensado de Bose-Einstein, cuja existência foi prevista por Albert Einstein em 1925, a partir do trabalho de Satyendra Nath Bose, é uma fase da matéria formada por átomos em temperaturas próximas do zero absoluto, que permite a observação de efeitos quânticos em escala macroscópica.
condensado Bose-Einstein
© MIT (condensado Bose-Einstein)
"O mais interessante desse experimento não foram as medições feitas sobre o condensado, que se referiam, por exemplo, à expansão do material durante a queda, o que traz pouca informação. O principal é o fato de os autores terem conseguido reduzir um aparato tão complexo a uma escala que cabe em uma cápsula de dimensões reduzidas", destacou Barata.
A cápsula utilizada no experimento media 60 centímetros de diâmetro por 215 centímetros de comprimento. Normalmente, esse tipo de experimento requer um laboratório com lasers sofisticados, equipamentos ópticos delicados e cuidadosamente alinhados, câmaras de vácuo e sensíveis controles eletrônicos.
"Embora o experimento não envolva nenhum conceito novo, a redução para a instalação na cápsula é animadora, abrindo perspectivas para que experimentos semelhantes possam ser feitos no espaço. Até hoje o condensado de Bose-Einstein não havia sido reduzido dessa maneira", disse Barata.
O condensado de Bose-Einstein pode ser utilizado para produzir uma espécie de laser atômico que poderá substituir, no futuro, os lasers convencionais, proporcionando experimentos de precisão ainda maior.
"O experimento feito na Alemanha mostra que temos boas perspectivas para, utilizando esses aparatos, empregar a interferometria de átomos e, com ela, fazer experimentos de altíssima precisão", disse o professor titular do Departamento de Física Matemática do IF-USP.
O que falta para conseguir esses experimentos altamente precisos, segundo ele, é adaptar os instrumentos de interferometria atômica à escala utilizada no experimento feito na Alemanha. "Mas não vejo aí nenhum obstáculo tecnológico intransponível. A parte mais difícil eles já fizeram: produzir o condensado de Bose-Einstein nessa escala", afirmou.
Segundo Barata, caso se consiga realizar esse tipo de experimento no espaço, as perspectivas são promissoras. "O princípio de equivalência, por exemplo, poderá ser testado da seguinte maneira: fazendo-se a comparação, com interferômetros atômicos, entre o condensado de Bose-Einstein no espaço e em queda livre na Terra", disse.
O princípio de equivalência é considerado um dos fundamentos da Relatividade Geral: quando um objeto em um campo gravitacional é submetido a queda livre, é impossível distinguir o mesmo objeto em referência inercial, pois ele age como se estivesse no espaço, desprovido de peso.
Na órbita da Terra, com amostras atômicas ultrafrias, tais experimentos poderão ser feitos para medir com alta precisão os efeitos de "arrasto de referenciais", também previsto por Einstein. Nos experimentos espaciais poderão ser feitas também comparações entre os efeitos gravitacionais sobre átomos bosônicos e fermiônicos.
"Poderemos testar efeitos da Relatividade Geral que são bem conhecidos, mas que não foram observados adequadamente. O efeito de Lense-Thirring, por exemplo, foi previsto teoricamente e só na década de 1980 foram feitas medidas bastante limitadas sobre ele. Com esses condensados no espaço, poderão ser feitas medidas de altíssima precisão", explicou Barata.
Fonte: Agência FAPESP e Science

quarta-feira, 21 de julho de 2010

Luz que faz curva em U

Segundo a Teoria da Relatividade, a gravidade de um corpo celeste maciço curva o espaço ao seu redor. Os cientistas estão tentando fazer o mesmo no chamado "espaço óptico", que não é nenhuma localidade em especial, mas tão somente o espaço no qual a luz viaja. Se o espaço óptico se curva, então a luz que viaja por ele faz o mesmo caminho. Sob outro ponto de vista, o que se está tentando fazer é forçar a luz a fazer curvas.
guia de onda plasmônico
© Zhang Group (guia de onda plamônico)
Já longe da ficção, esses experimentos estão na base de todos os feitos da invisibilidade, que têm-se multiplicado em laboratórios ao redor do mundo. Mas o potencial da chamada óptica transformacional, que estuda o controle das ondas de luz, vai muito além: poderosos microscópios capazes de mostrar moléculas de DNA com luz visível, ou supercomputadores que usam a luz em vez dos sinais eletrônicos para processar a informação são outras possibilidades.
A ferramenta básica para controlar e manipular as ondas de luz são os metamateriais, materiais artificiais, geralmente mesclando metais e isolantes, ou dielétricos, para formar estruturas que interagem com a luz de forma não-natural.
Apesar dos sucessos alcançados no curto tempo de vida desse novo campo da ciência, os pesquisadores vinham encontrando dificuldades em ajustar as propriedades físicas dos metamateriais em nanoescala, sobretudo por causa dos metais, em escalas menores do que o comprimento de onda da luz que se quer manipular.
Agora, uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, ambos os Estados Unidos, descobriu que esse empecilho pode ser removido com a combinação da óptica transformacional com um outro campo da ciência igualmente novo e promissor, conhecido como plasmônica.
Um plasmon é uma onda eletrônica que viaja pelo mar de elétrons na superfície de um metal. Assim como a energia das ondas de luz é transportada em unidades quantizadas de partículas chamadas fótons, a energia plasmônica é transportada em quase-partículas chamadas plasmons de superfície.
Os plasmons interagem fortemente com os fótons na interface metal/isolante de um metamaterial, formando uma outra quase-partícula, chamada polariton de plasmon de superfície.
A manipulação desses polaritons está no coração das surpreendentes propriedades ópticas dos metamateriais.
espalhamneto de polaritons
© Zhang Group (espalhamneto de polaritons)
O esquema da esquerda mostra o espalhamento dos polaritons de plasmons de superfície sobre uma interface metal-dielétrica com uma única saliência. O esquema da direita mostra como o espalhamento dos polaritons é suprimido quando o espaço óptico ao redor da saliência é modificado.
Liderados pelo Dr. Xiang Zhang, os pesquisadores modelaram uma "óptica transformacional plasmônica", uma forma de manipular o material dielétrico, ou isolante, adjacente a um metal, mas sem alterar o próprio metal.
A técnica permite que os polaritons viajem através de superfícies irregulares e curvas em uma ampla faixa de comprimentos de onda, sem sofrer perdas significativas por espalhamento.
Usando a nova abordagem, Zhang e sua equipe desenvolveram um guia de ondas plasmônico com uma curva de 180 graus que força a luz a fazer um retorno perfeito, sem qualquer alteração nas suas propriedades ou na sua energia.
Eles também projetaram uma versão plasmônica da lente de Luneburg, um tipo de lente esférica capaz de receber e refletir ondas ópticas de múltiplas direções ao mesmo tempo.
"Como as propriedades dos metais nos nossos metamateriais permanecem completamente inalteradas, nossa metodologia de óptica transformacional plasmônica fornece uma maneira prática para guiar a luz em escalas muito pequenas", diz Zhang.
O Dr. Xiang Zhang é um dos pioneiros no campo da manipulação da luz e da invisibilidade, embora ele afirme que os metamateriais trarão benefícios mais práticos do que elusivos mantos da invisibilidade. Seus feitos mais recentes incluem um nanolaser de estado sólido e um novo material para exames de ultrassom.
Fonte: Nano Letters

domingo, 18 de julho de 2010

Velocidade do elétron em chips é aumentada

Cientistas coreanos conseguiram aumentar em 20 vezes a velocidade de elétrons em chips de silício, elemento básico na indústria de computação.
chip de silício e chumbo
© David Scharf/SPL (chip de silício e chumbo)
Chips tradicionais de silício possuem um nível de resistência elétrica que impõe restrições à velocidade dos elétrons. Quanto mais rápido é seu movimento, mais rápida é a transmissão de informação e, consequentemente, o poder de processamento.
Para quebrar esses limites, cientistas estão considerando outros materiais, principalmente o grafeno, composto por uma camada fina de carbono que conduz eletricidade melhor que qualquer outra substância a temperatura ambiente.
O grafeno é capaz de fazer isso devido à interação entre sua estrutura de rede hexagonal e a estrutura eletrônica de seus átomos. Isso faz com que a resistência ao movimento das partículas seja muito pequeno, o que aumenta sua velocidade de locomoção. É como se a massa dos elétrons fosse menor comparado com a massa do elétron em uma camada de silício.
O problema é que é difícil de produzir grafeno em grandes quantidades. Agora Han Woong Yeom e sua equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang, na Coreia do Sul, acreditam poder imitar a condutividade do grafeno em silício.
Yeom e sua equipe adicionou uma camada de chumbo com a espessura de apenas um átomo sobre um bloco de silício. Porque a camada de chumbo é tão fina, o arranjo de seus átomos é influenciado pelos átomos de silício localizados abaixo.
A equipe suspeitava que os elétrons do chumbo iriam, por sua vez, influenciar a estrutura eletrônica do silício na interface.
Para testar essa hipótese, eles dispararam feixes de fótons de alta energia para remover elétrons da interface entre os dois materiais e mediram sua velocidade e energia. Ao subtrair a energia dos fótons, eles calcularam que alguns dos elétrons na interface possuíam uma massa aparente 1/20 da massa normalmente medida em chips de silício. Sugerindo que os elétrons estão se movendo 20 vezes mais rapidamente. Embora isso represente apenas um terço da velocidade dos elétrons em grafeno, não significa que a redução de resistência tenha chegado a seu limite. O uso de diferentes materiais para cobrir o silício, por exemplo, poderiam reduzir ainda mais a resistência e aumentar a velocidade da condução elétrica.
Os chips de silício mais rápidos poderiam rapidamente ultrapassar o grafeno na corrida para obter processadores mais eficientes, pois a infraestrutura de manufatura com esse material já está instalada.
Fonte: Physical Review Letters

quarta-feira, 7 de julho de 2010

O raio do próton pode ter tamanho menor

Cientistas de um grupo internacional de pesquisas afirmara que um constituinte fundamental do universo visível, o próton, é menor do que se pensava anteriormente, segundo estudo publicado na revista científica Nature.
proton laser
© Paul Scherrer Institut (aparelho laser)
Medições revistas reduziram em 4% o raio da partícula que, embora não pareça muito, especialmente dado o tamanho infinitesimal do próton, em experimentos futuros pode representar um desafio a preceitos fundamentais da eletrodinâmica quântica (QED), a teoria de como a luz e a matéria interagem. Isto significa que o próton seria 0.00000000000003 milímetros menor.
O raio do próton apresentado na pesquisa é da ordem de 0,84 femtômetro. Experimentos mais antigos, no entanto, haviam fixado um valor mais próximo de 0,87. A diferença, embora pareça pequena, fica além das margens de erro estatístico e pode representar a primeira rachadura na couraça da QED, teoria que serviu de base para os cálculos realizados tanto na medição atual quanto nas anteriores.
Inicialmente, a equipe internacional de 32 cientistas, chefiada por Randolf Pohl, do Instituto Max Planck em Garching, Alemanha, só queria confirmar o que já se sabia e não derrubar conceitos.
Por décadas, os físicos de partículas usavam o átomo de hidrogênio como um parâmetro para medir o tamanho dos prótons, que são parte do núcleo atômico. A vantagem do hidrogênio é sua simplicidade incomparável: um elétron circunda um único próton.
Mas, se artigo estiver correto, esta unidade de medida esteve equivocada por uma margem pequena, porém crítica. "Nós não imaginávamos que haveria um abismo entre as medidas conhecidas do próton e as nossas próprias", diz o coautor do estudo, Paul Indelicato, diretor do Laboratório Kastler Brossel na Universidade Pierre e Marie Curie, em Paris.
O novo experimento, que é pelo menos 10 vezes mais preciso do que qualquer outro feito até agora, foi previsto por cientistas 40 anos atrás, mas só desenvolvimentos recentes na tecnologia o tornaram possível. O truque foi recolocar o elétron no átomo do hidrogênio com um múon negativo, uma partícula com a mesma carga elétrica, mas ao mesmo tempo 200 vezes mais pesado e instável.
A massa maior do múon dá ao hidrogênio muônico um tamanho atômico menor e permite uma interação muito maior com o próton. Como resultado, a estrutura do próton pode ser sondada com mais precisão do que usando o hidrogênio normal.
Jeff Flowers, cientista do Laboratório Nacional de Física britânico em Teddington, perto de Londres, disse que o trabalho pode levar as teorias da física de partículas a um novo território.
Se a descoberta for confirmada, será preciso mais do que o acelerador de partículas instalado no Laboratório Europeu de Física Nuclear (Cern), na Suíça, para testar o chamado Modelo Padrão, lista das partículas subatômicas que formam o Universo.
Se as medidas previamente aceitas sobre as quais centenas de cálculos foram feitos estiverem errados ou existir um problema com a própria teoria eletrodinâmica quântica, os físicos têm muito trabalho a fazer.
Agora, os teóricos vão refazer seus cálculos e mais experimentos serão feitos para confirmar ou refutar este estudo. Daqui a dois anos será feito um novo experimento no mesmo equipamento com hélio muônico.
Fonte: Nature

quinta-feira, 24 de junho de 2010

Colisor de partículas é usado para fazer sons

Cientistas simularam o som de partículas subatômicas produzidas no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), na Suíça.
O objetivo é facilitar a identificação do bóson de Higgs, cuja existência ainda não foi confirmada, mas que, segundo teorias, daria massa a todas as outras.
bóson de higgs
© CERN (simulação da geração do bóson de Higgs)
A cientista Lily Asquith coordenou a equipe que desenvolveu o modelo que transforma dados do gigantesco experimento Atlas, no LHC, em sons. "Se a energia estiver perto de você, você ouve um som grave, e se estiver mais longe, mais agudo", disse Asquith.
O processo de transformar dados científicos em sons é chamado sonificação. Acesse: LHCsound para ouvir uma sonificação produzida no LHC através do experimento Atlas.
O experimento acontece em um túnel circular de 27 quilômetros de comprimento, repleto de imãs que conduzem as partículas de prótons pelo imenso anel. Em certos pontos do trajeto, os feixes de prótons mudam de trajetória e se chocam em quatro experimentos, que são minuciosamente monitorados pelos cientistas.
É nessas colisões que podem ser encontradas novas partículas subatômicas, como o bóson de Higgs, que ajudariam a entender a origem do Universo. A imagem a seguir mostra as partículas constituintes do modelo padrão.
partículas do modelo padrão
© AAAS (partículas do modelo padrão)
Atlas é um dos quatro experimentos do colisor. Um instrumento batizado de calorímetro é usado para medir energia e é composto de sete camadas concêntricas.
Cada uma dessas camadas é representada por um tom diferente, dependendo da quantidade de energia contida nele.
Até o momento, a equipe de Asquith criou diversas simulações baseadas em previsões do que aconteceria durante as colisões no LHC. Só agora, começaram a utilizar dados de experimentos reais.
"Quando você ouve as sonificações, na realidade, o que você está ouvindo são dados. Elas são fieis aos dados e dão informações sobre os dados que não seriam possíveis de se obter de qualquer outra maneira", disse Archer Endrich, um desenvolvedor de software que trabalha no projeto.
Pela sonificação, os cientistas esperam poder identificar diferenças sutis para detectar novas partículas.
Um compositor envolvido com o projeto, Richard Dobson, destacou ter ficado impressionado com a musicalidade das colisões.
"É possível ouvir estruturas claras nos sons, quase como se tivessem sido compostas. Cada uma parece contar uma pequena história. São tão dinâmicas e mudam o tempo todo, que se parecem muito com as composições contemporâneas", disse o músico.
Fonte: CERN (Centro Europeu de Pesquisa Nuclear)

quinta-feira, 17 de junho de 2010

"Laser escuro" permite que dados digitais viajem mais longe

Fibras ópticas podem transportar dados digitais a distâncias muito maiores sem distorção se esses dados forem codificados em pulsos de escuridão em lugar de pulsos de luz. Agora Steven Cundiff e sua equipe na Universidade do Colorado, em Boulder, desenvolveram um equipamento chamado de "laser escuro".
laser escuro
© Optics Express (evolução do pulso de laser escuro)
Um laser tradicional pode enviar milhões de pulsos rápidos a cada segundo separados por intervalos escuros mais prolongados. O laser escuro inverte essa ordem: gera longos pulsos de luz separados por intervalos mais curtos de escuridão.
O equipamento possui um material que emite luz quando uma corrente elétrica o atravessa. A luz é rebatida diversas vezes dentro de uma câmara com espelhos.
Até aí o laser escuro é como um laser tradicional. A diferença no laser escuro é que um dos espelhos possui uma cobertura de material que absorve a luz.
Nesse arranjo, com luz na frequência certa, a câmara emite pulsos curtos caracterizados por uma ausência em vez de presença de luz. Os pulsos, produzidos a uma taxa de até 400 milhões por segundo, são 70% menos intensos que a luz de fundo.
Este não é o primeiro laser capaz de transmitir pulsos escuros. Han Zhang e sua equipe da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, construíram seu laser ano passado. Mas Zhang nota que o laser de Cundiff produz pulsos a uma taxa muito maior.
Jeremy Baumberg, da Universidade de Cambridge, ressalta que é possível há algum tempo gerar pulsos escuros usando equipamentos anexados a um laser padrão. O que torna o trabalho de Cundiff interessante, diz Baumberg, é que os pulsos de laser escuro são gerados espontaneamente.
Baumberg, no entanto, não sabe como o novo laser poderia ser usado. Como no caso do laser original, trata-se de uma solução procurando por um problema, diz.
O novo laser pode ser útil em comunicações ópticas a longas distâncias. Há limites na distância em que pulsos de luz podem viajar dentro de uma fibra óptica sem que ocorra distorção, pois diferentes comprimentos de onda movem-se a velocidades diferentes. Isso não seria um problema, para um pulso definido pela ausência de luz.
Fonte: Optics Express

terça-feira, 1 de junho de 2010

Os neutrinos possuem massa!

Cientistas europeus obtiveram pela primeira vez evidência direta de que neutrinos, partículas subatômicas com carga elétrica neutra e massa até agora considerada nula, podem mudar de tipo. Os neutrinos interagem somente muito raramente com a matéria.
vida de um múon
© New Scientist (vida de um múon)
O enorme fluxo de neutrinos solares que atravessa a Terra é suficiente para produzir apenas 1 interação por 1036 átomos alvo e cada interação produz somente alguns fótons ou um elemento transmutado. Existem três tipos de neutrinos: neutrinos do elétron, do tau e do múon. Acreditava-se que os neutrinos pudessem mudar de um tipo para outro, mas até agora não foi possível observar esse fenômeno.
Agora físicos do experimento Opera, localizado sob a montanha Gran Sasso, na Itália, dizem que ter detectado neutrinos do tau em um feixe de bilhões de neutrinos do múon emitidos em um centro do Cern (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) a 730 quilômetros de distância.
O Laboratori Nazionali del Gran Sasso é um laboratório de física de partículas subterrâneo localizado entre as cidades de L'Aquila e Teramo, próximo à montanha Gran Sasso, quase abaixo do túnel Gran Sasso na Itália. O laboratório fica a cerca de 120 quilômetros de Roma, entre o Gran Sasso e o parque nacional de Monti della Laga. Ele é o maior laboratório de física de partículas subterrâneo do mundo, com cerca de 10,4 quilômetros de comprimento, e começou a operar nos anos da década de 1980 e sua expansão não é possível. 
O Gran Sasso possui três grandes áreas experimentais. Além de prédios de pesquisa na superfície esse laboratório de física de partículas tem extensas construções subterrâneas bem abaixo da montanha. Sua profundidade máxima é de 1400 metros.
Desde o final de agosto de 2006 o laboratório europeu de física de partículas CERN está dirigindo um feixe de neutrinos muônicos para o laboratório Gran Sasso, onde eles serão registrados por dois detectores, o OPERA e o ICARUS, em um estudo sobre oscilaçào de neutrinos.
O resultado confirma limitações no Modelo Padrão, teoria que descreve as interações entre partículas elementares. A teoria prevê que neutrinos não têm massa, mas neutrinos só podem oscilar entre um tipo e outro se tiverem massa.
Dados anteriores em favor da hipótese de oscilação eram indiretos. Em 1998, um grupo de físicos descobriu que alguns neutrinos dos tipos múon e elétron produzidos na atmosfera e no Sol desapareceram quando se dirigiam ao detector Super-Kamiokande, localizado no Japão.
 observatório kamioka
© Universidade de Tóquio (Super-Kamiokande)
Os dados do Opera, contudo, ainda permitem interpretações alternativas. Explicações envolvendo decaimento de neutrinos, por exemplo, não podem ser descartadas.
Fonte: New Scientist