A pura luz do laser de raios X

Pesquisadores analisaram os primeiros resultados do LCLS (Linac Coherent Light Source), uma fonte de laser de raios X recém-inaugurada na Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.

© SLAC (estação de espalhamento de raios X ressonante)

Na medida da coerência do laser, que é o grau em que as ondas de luz são sincronizadas, descobriu-se que o LCLS produz a mais coerente radiação de raios X já medida.

Com um feixe de tão alta qualidade, a máquina é capaz de determinar a estrutura atômica de materiais com um nível de precisão sem precedentes.

Isto será útil em campos tão diversos quanto a descoberta de novos medicamentos, a engenharia de materiais e até a arqueologia.

Desde a invenção do maser, em 1957 - o antecessor de micro-ondas do raio laser de luz visível - cientistas têm desenvolvido lasers com comprimentos de onda cada vez mais curtos, aplicando-os a uma crescente variedade de propósitos.

Mas fazer lasers com comprimentos de onda muito curtos é um desafio. Para que uma fonte de luz seja um laser, a maioria dos seus fótons deve ser coerente, e eles devem oscilar em sincronia.

Uma alta coerência significa que a luz vai difratar mais precisamente, o que, para um feixe de raios X, significa imagens mais nítidas da estrutura atômica que está sendo estudada.

Feixes de laser também têm vários modos de oscilação, assim como instrumentos de cordas e tambores, e o feixe ideal tem todos os seus fótons contribuindo para um único modo.

© SLAC (detector Linac Coherent Light Source)

Quando o LCLS começou a operar, a evidência para uma luz verdadeiramente laser foi a presença de pulsos de raios X brilhantes, monocromáticos e altamente focados.

No entanto, até agora, as estimativas da coerência da luz eram baseadas unicamente em simulações.

Agora, os cientistas mediram na prática um tempo de coerência de 0,55 femtossegundo, o que significa que o pulso tem efetivamente a mesma cor e intensidade durante esse intervalo de tempo, equivalente a uma distância de cerca de 150 nanômetros ao longo da direção do feixe.

Assim, uma amostra de 150 nanômetros de profundidade pode ser iluminada com luz coerente de uma única vez, gerando uma fotografia da amostra com um grande campo de visão, da largura de milhares de átomos.

Ter este nível de coerência significa que a maioria dos fótons está confinada a um único modo espacial.

Cerca de 78% dos fótons do laser de raios X estavam no modo dominante, em comparação com menos de 1% em uma fonte de luz síncrotron de raios X típica.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Physical Review Letters.
Fonte: SLAC National Accelerator Laboratory

Resfriamento luminoso

Um grupo internacional de pesquisadores, com participação brasileira, conseguiu pela primeira vez, utilizando um laser, resfriar um nano-objeto mecânico até o seu estado de mais baixa energia possível, a chamada energia de ponto zero.

© Nature (resfriamento a laser)

De acordo com os autores, ao empregar a luz para colocar um sistema mecânico sólido no estado de energia de ponto zero - e no qual ele se comporta de acordo com as leis da mecânica quântica - o estudo abre caminho para o desenvolvimento de detectores de massa e força extremamente sensíveis, além de abrir perspectivas para a realização de experimentos quânticos em sistemas macroscópicos.

O trabalho foi realizado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), dos Estados Unidos, em colaboração com uma equipe da Universidade de Viena, na Áustria.

Um dos autores é o brasileiro Thiago Alegre, atualmente professor do Departamento de Física Aplicada da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Nos últimos três anos, Alegre esteve no Caltech como pós-doutorando, depois de concluir o doutorado na Unicamp, com bolsa da FAPESP.

Com o uso de um laser, o grupo resfriou a microcavidade de um nano-objeto até seu estado de energia de ponto zero. O feito só havia sido alcançado anteriormente em sistemas de armadilhas ópticas contendo poucos átomos.

"Usamos um recurso óptico, o laser, para resfriar um sistema mecânico sólido ao estado de mais baixa energia possível. Isso só havia sido feito com poucos átomos ou íons, mas conseguimos fazê-lo com um sistema composto por bilhões de átomos. O estudo abre caminho para realizar experimentos quânticos em sistemas macroscópicos, o que é um sonho dos cientistas há quase uma década", disse Alegre.

Para o experimento, os cientistas projetaram e fabricaram uma cavidade óptica nanométrica, composta de uma pequena viga feita de silício, na qual buracos da ordem de 200 nanômetros são cuidadosamente posicionados. A estrutura tem dimensões de cerca de 560 nanômetros de largura e 15 mícrons de comprimento. O mícron e o nanômetro são, respectivamente, a milionésima e a bilionésima parte do metro.

"Essa geometria forma uma cavidade óptica onde apenas uma frequência - ou cor - de um laser pode ser confinada. O sistema tem a capacidade de servir como oscilador mecânico, podendo também aprisionar fônons - as partículas associadas com oscilações mecânicas, assim como os fótons estão associados com as oscilações eletromagnéticas, ou luz", explicou.

Por confinar em um mesmo local fótons e fônons, a pequena estrutura intensifica a interação entre vibrações mecânicas e luz. "Trata-se de um sistema optomecânico. A luz que atravessa essa cavidade, carregando informação sobre a amplitude de oscilação do sistema, ou número de fônons, pode ser associada à temperatura desse modo de oscilação", disse Alegre.

Ao escolher cuidadosamente a frequência do laser de excitação, os pesquisadores conseguem extrair energia mecânica por meio da luz que sai da cavidade, resfriando o sistema, segundo o cientista. Com isso, criam uma interface eficiente entre um sistema óptico e um sistema mecânico onde a informação pode fluir de um para outro.

Estabelecer o "diálogo" entre o mundo mecânico e o mundo óptico tem desdobramentos científicos importantes, segundo Alegre. Em outro estudo também publicado na Nature, no início de 2011, o mesmo grupo demonstrou os efeitos do modo mecânico sobre a luz, interação que possibilita em tese a criação de memórias ópticas.

"Já no trabalho que acaba de ser publicado, demonstramos o efeito da parte óptica sobre a parte mecânica. Demonstrando a interação pelos dois lados, abrimos a possibilidade de conseguir um controle muito maior sobre ela", afirmou Alegre.

Um dos recursos utilizados por cientistas para estudar efeitos quânticos em escala macroscópica tem sido os experimentos que utilizam a condensação de Bose-Einstein - uma fase da matéria formada por átomos em temperaturas próximas do zero absoluto.

Mas, segundo Alegre, para se trabalhar dessa maneira, o primeiro passo é levar o sistema ao estado fundamental, isto é, baixar sua temperatura global até poucas dezenas de milikelvins.

"Para chegar ao estado fundamental é preciso trabalhar com as temperaturas próximas de zero kelvin, o que é bastante complexo e caro. No nosso experimento, não baixamos a temperatura global do sistema. Trabalhamos com uma temperatura de cerca de 20 kelvin. Em vez de baixar toda a temperatura do sistema, criamos um caminho óptico para que apenas o modo vibracional chegasse próximo de zero kelvin", explicou.

Segundo Alegre, os cientistas criaram um caminho de fuga para os fônons através da luz. "Aprisionada na cavidade óptica, a luz tenta mudar de cor toda vez que a cavidade se move, absorvendo energia mecânica do sistema, que é assim resfriado", disse.

Fonte: Nature e FAPESP

Qual será o destino final do Universo?

Os americanos Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Riess são os ganhadores do Prêmio Nobel de Física 2011 por seus trabalhos sobre a expansão acelerada do Universo, informou nesta terça-feira a Real Academia de Ciências da Suécia.

© NASA/ESA (SN 1604 - supernova de Kepler)

Saul Perlmutter, nascido em 1959 nos Estados Unidos,  é astrofísico no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e coordena o Projeto Cosmológico Supernova, na Universidade da Califórnia. Foi eleito membro da Associação Americana para o Avanço da Ciência.

Brian P. Schmidt , nascido também nos Estados Unidos em 1967 e com nacionalidade australiana, é astrofísico do observatório Mount Stromlo da Universidade Nacional da Austrália.

Adam G. Riess, nascido em Washington em 1969, é astrofísico no Instituto Científico de Telescópios Espaciais da Universidade John Hopkins. Foi nomeado membro da Academia Nacional das Ciências dos Estados Unidos.

© AFP (Saul Permutter, Adam Riess e Brian Schmidt)

O prêmio de 10 milhões de coroas suecas, (cerca de R$ 2,8 milhões), será dividido em duas partes. Uma para Perlmutter e, a outra, entre Schmidt e Riess.

O Supernova Cosmology Project, da Universidade de Berkeley, e o High-z Supernova Search Team, da Universidade Nacional da Austrália, estavam mapeando o Universo em busca de suas supernovas (um tipo específico de estrelas no fim de sua vida) mais distantes, para tentar demonstrar que a expansão do Universo estava se desacelerando.

As observações feitas em 1998 por estes astrônomos, associados em duas equipes diferentes, sobre a explosão de supernovas e a análise da luz emitida nessas situações permitiu demonstrar que o Universo cresce de forma acelerada e não cada vez mais devagar, como se achava.

A descoberta da expansão acelerada do Universo foi possível através da observação de um tipo muito especial de supernova: a supernova Ia.

Trata-se da explosão de uma estrela muito antiga e compacta, tão pesada quanto o Sol, mas de tamanho relativamente pequeno, como o da Terra. Uma única supernova pode emitir, durante algumas semanas, tanta luz quanto uma galáxia inteira.

Os dois times de pesquisa descobriram mais de 50 dessas supernova e detectaram que a luz delas era mais fraca do que o esperado, um sinal de que a expansão do Universo estava acelerando.

Embora os resultados contrariassem todas as previsões, ambos os grupos chegaram às mesmas conclusões sobre a aceleração.

Acredita-se que o fenômeno seja causado pela energia escura, que compõe cerca de 70% do Universo e sobre a qual ainda quase não se sabe nada.

As pesquisas realizadas também mostram como as equações da teoria da relatividade geral, desenvolvida em 1915 pelo físico alemão Albert Einstein, estão corretas.

A constante cosmológica foi um recurso usado por Einstein para tentar equacionar a expansão do Universo com apenas a matéria visível disponível.

Antes de morrer, em 1953, Einstein reconheceu a constante cosmológica como um erro. Ele também admitiu que o Universo, de fato, estava se expandindo.

Agora, a constante cosmológica é utilizada para provar o aumento do Universo. Diferente da ideia inicial de Einstein, mas salvando um conceito que era tido como errado há mais de meio século.

No entanto, a descoberta de que essa expansão está se acelerando é espantosa. Se ela continuar acelerando, o Universo  vai acabar em gelo!

Fonte: The Royal Swedish Academy of Sciences

O Tevatron parou de acelerar partículas

O maior acelerador de partículas dos Estados Unidos, o Tevatron, localizado no estado de Illinois, encerrou suas atividades no dia 30 de setembro de 2011 depois de 25 anos recriando as condições do Big Bang.

© Fermilab (Tevatron)

O Tevatron ficou obsoleto após o aparecimento do Grande Colisor de Hádrons (LHC), um acelerador de partículas mais poderoso, o maior do mundo, construído na fronteira franco-suíça, pelo Centro Europeu de Pequisa Nuclear (CERN), um consórcio de 20 países.
Por causa da crise econômica, dificilmente os Estados Unidos, que já dominaram a área e colheram os louros de descobertas e inovações tecnológicas, serão capazes de reunir os recursos necessários para construir um substituto mais moderno para o Tevatron.
Por isso, físicos americanos se concentrarão em questões internas mais específicas e menos caras. Também trabalharão em conjunto com o CERN em projetos de alta energia, como a busca pelo Bóson de Higgs, batizada de "partícula de Deus".

Os cientistas do Fermilab dizem não poder prever o que os EUA perderão cedendo o domínio da física de alta energia para a Europa. Já os ganhos obtidos com o Tevatron são muito mais fáceis de quantificar. O Tevatron deu contribuições fenomenais para a Física de partículas, cuja principal descoberta foi o quark top em 1995.
Além de aprofundar nosso conhecimento sobre os mistérios fundamentais do Universo, o Tevatron também levou a uma série de avanços concretos. Entre eles está o uso generalizado da geração de imagens por ressonância magnética (MRI) para diagnósticos médicos. Os supercondutores utilizados nos magnetos das máquinas de MRI eram raros e caros demais até que o Fermilab criou uma indústria com o Tevatron, gerando uma demanda de fios de supercondução suficientes para dar a volta na Terra 2,3 vezes.
Atualmente, os cientistas estão construindo uma câmera de energia escura, que será capaz de varrer a galáxia mais rápido do que qualquer outro telescópio. Sua função será descobrir porque a expansão do Universo acelera ao invés de recuar. Eles também trabalham na construção do feixe de neutrinos mais poderoso do mundo, que ajudará a explicar porque o Universo tem mais matéria do que antimatéria e aprofundar nosso conhecimento sobre suas partículas mais abundantes.

© Fermilab (cavidades para acelerar partículas de alta intensidade)

Além disso, existe o projeto do acelerador de neutrinos mais intenso do mundo, batizado Projeto X, tornando a melhor máquina para experimentos na fronteira de alta energia.

O feixe de partículas produzira káon, múon, além de neutrinos que tentariam desvendar questões importantes do século 21 na Física: O que aconteceu com a antimatéria? Como unificar todas as forças? Como o Universo surgiu?

Fonte: Fermilab e Veja

Neutrinos podem superar a velocidade da luz

Os neutrinos podem alcançar uma velocidade superior à da luz, segundo os primeiros resultados divulgados pelo experimento OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), após testes realizados no laboratório de física CERN.

© Revista Física (neutrinos mais velozes que a luz)

A informação foi dada pelo Centro Francês de Pesquisas Científicas (CNRS), a experiência lançou neutrinos desde as instalações do CERN, em Genebra, em direção ao laboratório italiano Gran Sasso a 730 km de distância.

Os neutrinos chegaram a seu destino, em Gran Sasso, 60 nanosegundos mais rápidos que a luz, que cobre essa distância em 2,4 milisegundos. E isso só pode ser possível se eles estiverem viajando a uma velocidade maior do que 299.792.458 metros por segundo, que é a velocidade exata da luz.

Para checar seus resultados, os cientistas usaram relógios atômicos e avançados sistemas de GPS, conseguindo com isso reduzir a incerteza da distância percorrida pelos neutrinos para 20 centímetros - em relação aos 730 km do feixe.

O tempo de chegada dos neutrinos foi medido com uma incerteza de 10 nanossegundos. Os resultados se baseiam na observação de mais de 15 mil neutrinos.

Até agora, a velocidade da luz foi considerada um limite intransponível, e esta nova experiência pode abrir perspectivas teóricas completamente novas.

A experiência foi iniciada em 2006 para estudar as transformações raras (oscilações) dos neutrinos muônicos em neutrinos tauônicos, uma das quais pôde ser observada em 2010, comprovando a capacidade única do programa para detectar esses sinais.

Novas medições são necessárias para confirmar ou refutar este experimento. Creio que a teoria da relatividade não será abalada, mas se o resultado for confirmado provocará uma extensão desta teoria.

Fonte: CNRS

Energia gerada por fusão nuclear a laser

O sonho de dominar a energia das estrelas continua prosperando.

© LLNL/NIF (laser implode a esfera contendo hidrogênio pesado)

A fusão a laser é uma tecnologia diferente da chamada "fusão magneticamente induzida", usada no ITER e em outros experimentos.

Esta tecnologia está sendo usada no projeto Hiper, que pretende iniciar a fusão nuclear usando um equipamento de raio laser, e no projeto JET (Joint European Torus).

Agora, pelo menos três parceiros de peso acabam de anunciar um esforço conjunto para tentar domar a fusão nuclear a laser.

A equipe será formada pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore (EUA), Laboratório Rutherford Appleton (Grã-Bretanha) e pela empresa privada AWE.

Em altas temperaturas e pressões, os núcleos dos isótopos pesados de hidrogênio - deutério e trítio - formam um plasma, podendo ser fundidos para formar hélio, liberando energia e um nêutron.

Disparando feixes sincronizados de laser pulsado é possível vaporizar a superfície de uma esfera cheia desses isótopos, forçando a esfera a implodir, produzindo assim as condições de fusão em seu interior durante alguns bilionésimos de segundo.

O efeito físico se assemelha à detonação de uma bomba termonuclear (bomba de hidrogênio), embora em uma escala muito menor.

Os reatores de fusão magnética disparam um poderoso pulso elétrico sobre o hidrogênio pesado para produzir um plasma. Um forte campo magnético é então usado para confinar o plasma, antes que a fusão possa ocorrer. Isso não é fácil, porque o plasma pode tornar-se instável e mesmo vazar.

Por outro lado, a fusão a laser produz temperaturas e pressões muito mais elevadas, de modo que a fusão ocorre mais rápido - com isto, o plasma precisa ser confinado por apenas alguns bilionésimos de segundo, o que é muito mais simples.

A fusão nuclear de qualquer um dos dois tipos é atraente como fonte de energia porque seu combustível é mais abundante, e o processo não produz os isótopos altamente radioativos gerados pela divisão de átomos de urânio.

Mas os nêutrons da fusão são perigosos e tornarão radioativos os materiais usados no interior do reator - estima-se que as placas internas de um reator tokamak precisarão ser constantemente trocadas.

O trítio no combustível também é radioativo: ele emite partículas beta, mas tem a vantagem de ter uma meia-vida de apenas 12,5 anos.

A fusão a laser vem sendo estudada desde a década de 1960, com fins bélicos.

Hoje, o maior laser de fusão é o NIF (National Ignition Facility) em Livermore, que é um dos participantes do acordo agora anunciado.

Até o final do próximo ano, o laboratório espera atingir a "ignição", produzindo mais energia a partir da fusão nuclear do que é necessário para gerar o pulso de laser.

Enquanto isso, não se espera que o ITER - que usa a fusão magnética - atinja a ignição antes de 2020.

Lasers menores estão sendo usados em programas de fusão no Rutherford Appleton (outro parceiro do novo acordo), na Universidade de Rochester (EUA) e na Universidade de Osaka (Japão).

A França está construindo um sistema do mesmo porte do NIF chamado Laser Megajoule.

Mike Dunne, do Laboratório Lawrence Livermore, diz que, se tudo correr bem, uma usina de fusão de 440 megawatts poderá ser instalada em uma década. Projetos futuros, maiores, poderiam atingir até 1 GW (1.000.000.000 W).

Mas é bom não confiar muito nessas previsões. Tudo é novo na área, e os físicos e os engenheiros nem mesmo sabem os problemas que terão pela frente.

Como esta aplicação é nova na área, muitos problemas surgirão. Portanto, ainda não há previsão consistente dos resultados.

Fonte: New Scientist

Sonho de Einstein vira realidade

Uma equipe de pesquisadores europeus conseguiu pela primeira vez estabilizar um estado quântico de forma constante.

© CNRS (emissões de fótons)

Este foi um sonho várias vezes manifestado por Albert Einstein, que afirmava que se contentaria em observar um fóton preso por um segundo - Einstein não se dava muito bem com as predições pouco usuais da mecânica quântica, que ele nunca aceitou por completo.

Clément Sayrin e seus colegas do Laboratório Kastler Brossel, na França, fizeram bem mais do que isso: eles mantiveram um número constante de fótons aprisionados dentro de uma cavidade de micro-ondas "de forma permanente".

Essa caixa de fótons é uma cavidade de ressonância formada por dois espelhos supercondutores, onde os fótons ficam presos de forma contínua, sem precisar que eles sejam continuamente transferidos de uma armadilha para outra.

Normalmente um fóton, a unidade básica da luz, somente pode ser observado quando ele desaparece.

Por exemplo, quando atinge as células fotorreceptoras do nosso olho, o fóton deixa de existir e sua "informação" é traduzida na forma de um impulso elétrico que nos dá consciência de sua finada existência.

Seu aprisionamento ou estabilização permite que eles sejam estudados de forma direta, eventualmente sem serem afetados, algo que passou a ser cogitado há pouco tempo com a chamada "medição fraca".

Fótons e outras partículas subatômicas obedecem às regras da mecânica quântica, um tanto esquisita em relação à mecânica clássica. Mas deve haver uma fronteira entre as duas, um momento de transição onde as duas atuam de uma maneira ainda não compreendida.

Para estudar essa transição, os cientistas precisam parar, ou estabilizar, as partículas quânticas.

Além do entendimento do funcionamento básico da natureza, esses experimentos têm ligação direta com a computação quântica e com a spintrônica, duas abordagens que surgem no horizonte como sucessoras da atual era da informática eletrônica.

Fonte: Nature

Neutrinos e antineutrinos parecem ter a mesma massa

A edição de 8 de julho passado da prestigiada revista científica Physical Review Letters (PRL) trouxe um artigo polêmico para a comunidade de físicos de partículas.

© Universidade de Minnesota (detector de Soudan)

Um trabalho feito no Fermilab por uma equipe internacional de pesquisadores, entre os quais quatro brasileiros, fornecia indícios de que os neutrinos do múon e seus respectivos antineutrinos poderiam não se comportar exatamente da mesma maneira e apresentar até massas distintas. O estudo sinalizava que talvez as diferenças entre a matéria e a antimatéria fossem maiores do que postula o modelo padrão, o arcabouço teórico erigido nos últimos 50 anos para explicar as interações entre as partículas subatômicas, os blocos que formam a matéria. Era um resultado surpreendente, que se baseava na análise de informações preliminares obtidas até junho de 2010 pelo experimento Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search), um dos projetos científicos tocados no laboratório americano, situado em Batavia, nos arredores de Chicago. O conteúdo do artigo, aparentemente em desacordo com algumas leis da física, conforme seus próprios autores, deve ser interpretado com cautela. Afinal, havia 2% de chance de os inusitados dados iniciais do Minos se deverem a uma flutuação estatística momentânea e não espelharem a realidade de neutrinos e antineutrinos.
Em 25 de agosto, no entanto, depois de quase dobrar a quantidade de informação processada pelo experimento em relação aos dados do artigo na PRL, o Fermilab divulgou um comunicado ao público. “Medidas mais precisas nos mostram que, muito provavelmente, essas partículas e suas antipartículas não são tão diferentes como indicamos antes. Dentro de nosso atual campo de visão, parece agora que o Universo está se comportando da maneira que a maioria das pessoas pensa que ele se comporta”, disse, em nota à imprensa, Rob Plunkett, cientista do Fermilab e um dos porta-vozes do Minos. De acordo com o estudo publicado na PRL, referendado pelo tradicional processo de revisão pelos pares (peer review) antes de ser aceito, o quadrado da massa dos antineutrinos – os pesquisadores usam como parâmetro de comparação o valor da massa elevada à segunda potência, e não apenas a medida da massa – parecia ser cerca de 40% maior do que o dos neutrinos. “Passamos quase um ano procurando algum efeito de instrumentação que pudesse ter causado essa diferença. É reconfortante saber que a estatística era a culpada”, afirmou outra porta-voz do experimento, a física Jenny Thomas, da University College London. Segundo as novas informações revisadas internamente pelos pesquisadores do Fermilab no fim do mês passado, mas ainda não submetidas ao escrutínio de uma revista com peer review, essa diferença se reduziu hoje para 16%. Há, portanto, uma grande possibilidade de as massas de neutrinos e antineutrinos serem iguais, como sustentam os modelos físicos atualmente aceitos.
Um dos participantes do Minos, o físico brasileiro Carlos Escobar explica que a revisão dos resultados do experimento foi encaminhada de forma a evitar qualquer tipo de análise enviesada. “Tudo foi feito às cegas e de forma automatizada”, afirma Escobar, hoje professor colaborador da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e pesquisador do Fermilab. “Os dados são soberanos.” Ele, no entanto, admite que o novo cenário trouxe alívio para os físicos. “A comunidade científica está mais tranquila”, diz Escobar. Vários experimentos internacionais que trabalham com partículas e antipartículas pressupõem que neutrinos e antineutrinos têm a mesma massa para realizar seus cálculos. Quando aparece um estudo que contradiz tal preceito, caso do artigo do Minos na PRL, algum pilar da física pode ter sido arranhado.
Desaparecimento e oscilação – O objetivo do projeto do Fermilab é comparar a ocorrência de um fenômeno conhecido como oscilação em neutrinos e em antineutrinos do múon. No jargão dos físicos, quando um tipo de neutrino ou de antineutrino se transforma em outro ao se deslocar, ocorre uma oscilação. Há três formas ou sabores de neutrinos e antineutrinos: os do múon, os do tau e os do elétron. Esse trio de partículas com carga elétrica é chamado genericamente de léptons (neutrinos são léptons neutros). No Minos, os cientistas compararam a frequência com que neutrinos e antineutrinos do múon desapareceram e, supostamente, transformaram-se em neutrinos e antineutrinos do tau. “É a primeira vez que algum grupo de pesquisa mede a oscilação de antineutrinos do múon”, diz Philippe Gouffon, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP), que também participa do experimento feito nos Estados Unidos.

Conceitualmente, a antimatéria é definida como uma espécie de cópia da matéria, com a qual divide basicamente as mesmas propriedades, inclusive a massa. Mas há uma diferença fundamental entre ambas: as antipartículas que moldam a antimatéria apresentam carga elétrica com sinal invertido em relação às suas respectivas partículas de matéria. Com carga positiva, o pósitron é a antipartícula do elétron, cuja carga é negativa. Fazendo jus a seu nome, neutrinos e antineutrinos são eletricamente neutros. No entanto, os primeiros estão ligados aos léptons de carga negativa e os segundos, aos de carga positiva. Os físicos acreditam que matéria e antimatéria devem existir na mesma proporção no Universo, embora a quantidade detectada de ambas esteja longe de ser a mesma. De forma grosseira, é nesse contexto teórico que os físicos estudam as propriedades de neutrinos e antineutrinos.
Embora sejam considerados as segundas partículas mais abundantes do Universo, atrás apenas dos fótons (partículas de luz), os neutrinos são virtualmente imperceptíveis. Não possuem carga elétrica, têm uma massa quase desprezível, deslocam-se a uma velocidade muito próxima à da luz e praticamente não interagem com a matéria. São capazes de simplesmente atravessar corpos enormes, como o planeta Terra, sem alterar seu deslocamento ou sofrer algum efeito perceptível. O Big Bang, a explosão primordial que, segundo a teoria mais aceita, criou o Universo há pouco menos de 14 bilhões de anos, deve ter sido a principal fonte de neutrinos. A atividade solar e os raios cósmicos são as fontes naturais mais conhecidas de neutrinos, que se formam a partir de processos como o decaimento radioativo (quando o núcleo de um átomo estável perde espontaneamente energia e emite partículas ionizadas) e as reações nucleares.

Ruído e informação - A comparação de parâmetros entre partículas e antipartículas só foi possível porque o experimento do Fermilab é um dos poucos no mundo, ao lado do T2K (Tokai to Kamioka) no Japão, capaz de produzir feixes específicos, constituídos apenas de neutrinos ou somente de antineutrinos, com níveis mínimos de contaminação. A maioria das iniciativas científicas trabalha com feixes que são um misto de partículas e antipartículas, limitação que dificulta a obtenção de dados detalhados a respeito do fenômeno da oscilação. “Produzir um sistema que gere partículas em quantidade suficiente para separarmos o ruído da informação é uma de nossas grandes dificuldades”, explica o físico João Coelho, aluno de doutorado da Unicamp que passou um ano no Fermilab com bolsa da FAPESP.
A primeira etapa do experimento Minos consiste em gerar as partículas que os físicos querem estudar. Com esse fim, o Main Injector – um anel de 3,2 quilômetros de circunferência que é um dos seis aceleradores de partículas do Fermilab – produz um pulso de prótons de alta energia destinado a se chocar contra um alvo de grafite. A colisão faz surgirem partículas instáveis, píons e káons, que vão gerar múons e neutrinos. Em seguida, o feixe é direcionado para uma parede que barra suas impurezas. Múons e outras partículas indesejadas são retirados e permanecem apenas os neutrinos do múon.
A segunda parte do experimento é o coração do Minos. O feixe de neutrinos purificado é direcionado para dois detectores subterrâneos, o primeiro a um quilômetro de distância do Fermilab e o segundo a 735 quilômetros, na mina desativada de Soudan, no estado de Minnesota. O detector mais próximo, que foi montado pouco mais de 100 metros abaixo do Fermilab e pesa mil toneladas, verifica a pureza e a intensidade do feixe. Suas medições servem para dar as características centrais do pulso. O detector mais longínquo pesa 6 mil toneladas e se encontra escondido 716 metros abaixo da superfície, numa caverna. Apenas 2,5 milissegundos depois de sair do Fermilab o feixe de neutrinos é detectado em Soudan. “As oscilações dos neutrinos ocorrem durante o percurso feito pelas partículas entre o primeiro e o segundo detector”, explica o físico Ricardo Gomes, da Universidade Federal de Goiás, que também participa do Minos.
Ao medirem pela primeira vez o desaparecimento de antineutrinos do múon, os cientistas do Fermilab inicialmente acharam que as oscilações dessas antipartículas e de suas partículas poderiam ser distintas, como está insinuado no artigo da PRL. Agora, com mais dados analisados, a equipe do Minos acredita que esse parâmetro seja igual para neutrinos e antineutrinos. “A física é uma ciência essencialmente experimental”, comenta Marcelo Guzzo, físico teórico da Unicamp que estuda neutrinos. “Qualquer resultado deve ser confirmado por vários grupos antes de termos a palavra definitiva”, diz Orlando Peres, outro especialista no tema, também da Unicamp. Segundo a física Renata Zukanovich Funchal, da USP, flutuações estatísticas são frequentes em experimentos com altas energias:“Por isso, devemos ter cautela quando encontramos resultados que não conseguimos compreender”.

Fonte: FAPESP (Pesquisa)

Isolando pedaços de luz

Ondas possuem picos e vales, sejam elas as ondas do mar ou as ondas eletromagnéticas.

© Thorsten Naeser (pulsos no ultravioleta, visível e infravemelho)

Quando duas ondas, com diferentes comprimentos de onda, se sobrepõem precisamente, esses padrões de picos e vales se tornam mais complexos e menos repetitivos.

Eventualmente, na sequência da interação, não haverá mais nenhum ciclo, apenas um ponto isolado, apontando em alguma direção específica.

Mas Adrian Wirth e seus colegas do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, acabam de confinar um feixe de luz de grande espectro em pulsos que são mais curtos do que um único ciclo óptico.

A luz original é um feixe de laser branco, que contém comprimentos de onda que vão do infravermelho próximo ao ultravioleta, passando pelo espectro visível, uma espécie de arco-íris.

Esse laser branco é dirigido para o "sintetizador luminoso", o novo aparato criado pelos pesquisadores. De forma similar a um sintetizador de som, que superpõe as ondas sonoras de diferentes frequências para criar sons e ritmos diferentes, o sintetizador de luz superpõe ondas ópticas de diferentes cores e fases para criar vários formatos de onda. Os feixes são visualizados com a ajuda de vapor de nitrogênio.

© Thorsten Naeser (protótipo do sintetizador de campo luminoso)

O resultado é um pacote único de luz, mais curto do que uma onda completa da luz.

Essa "luz sem ciclo" compacta todas as interações entre os diversos comprimentos de onda em um único ponto luminoso.

Essa aplicação cria deverá viabilizar o estudo da dinâmica dos elétrons de uma forma que não era possível até agora, porque essas alterações eletrônicas acontecem em escalas temporais muito pequenas.

Isso permitirá, por exemplo, que os cientistas acompanhem os detalhes das reações químicas, hoje basicamente restritas ao "antes e depois" da própria reação.

A produção de transientes ópticos de sub-ciclo abre novas perspectivas para dirigir o movimento dos elétrons em escala atômica com a força elétrica da luz, assim como para conduzir complexas dinâmicas nas camadas de valência de moléculas.

Essa ferramenta será crucial para o desenvolvimento da chamada fotossíntese artificial, que depende da compreensão detalhada das reações químicas que os fótons do Sol induzem nas plantas, que possibilitará criar uma nova fonte de energia limpa, de alta eficiência e totalmente renovável.

No primeiro experimento realizado usando esse processo, os cientistas arrancaram o elétron da camada mais externa de um átomo do gás criptônio. O processo levou 700 attossegundos - o processo mais rápido já induzido opticamente até hoje.

Fonte: Science

As leis da óptica são alteradas

Cientistas desenvolveram um novo método para controlar a luz usando a nanotecnologia. E, devido à descoberta, as leis da óptica foram literalmente mudadas.

© Eliza Grinnell e Nanfang Yu (espelho com nanoantenas)

A técnica poderá ajudar os cientistas a projetar novas lentes planas e polarizadores, como os utilizados em câmeras e telas LCD.

Trata-se de um fenômeno óptico bizarro, que desafiou as leis da reflexão e refração, permitindo controlar a luz para que ela reflita e refrate de uma forma que não ocorre na natureza.

A nova técnica, chamada descontinuidade de fase, levou a uma reformulação das leis matemáticas que predizem o caminho de um raio de luz refletindo de uma superfície ou viajando de um meio para outro; por exemplo, do ar para o vidro.

"Usando superfícies construídas artificialmente, nós criamos os efeitos de uma casa dos espelhos de um parque de diversões em uma superfície plana," diz Federico Capasso, da Universidade de Harvard, coordenador da equipe. "Nossa descoberta leva a óptica a um novo território e abre as portas para desenvolvimentos instigantes na tecnologia fotônica."

 © Nanfang Yu (nanoantenas alterando a direção da luz)

Em seu experimento, o pesquisador Nanfang Yu e seus colegas criaram uma fina película metálica repleta de nanoantenas ópticas, que jogam a luz para frente e para trás sobre a superfície de uma pastilha de silício.

Projetando um feixe de luz sobre essa superfície nanoestruturada, as antenas induzem mudanças abruptas nas ondas de luz, fazendo-as dobrar e refletir na direção "errada", em comparação à reflexão e à refração comuns.

Até hoje, esses efeitos só haviam sido obtidos com metamateriais.

A técnica, baseada na forma como a luz viaja através de diferentes meios, cria uma interface artificial, que "engana" a luz, fazendo-a se comportar de uma forma totalmente não-usual.

As leis da óptica preveem os ângulos de reflexão e refração com base no ângulo de incidência da luz e nas propriedades dos dois meios.

Ao estudar o comportamento da luz nas suas superfícies nanoestruturadas, os pesquisadores perceberam que as equações atuais eram insuficientes para descrever os fenômenos bizarros que eles estavam observando no laboratório.

Para obter novas leis, mais gerais, eles tiveram que considerar que, se a fronteira entre dois meios tiver padronagens especiais, ela na verdade funciona como um terceiro meio de propagação.

Isto significa que, ao contrário de um sistema óptico convencional, a interface artificial entre o ar e o silício induz uma abrupta mudança de fase nas cristas das ondas de luz que a atravessa.

Cada nanoantena funciona como um minúsculo ressonador, que aprisiona a luz, segurando sua energia por um determinado período de tempo e, a seguir, liberando-a.

Um gradiente de diferentes tipos de ressonadores ao longo de toda a superfície de silício pode efetivamente curvar a luz antes mesmo que ela comece a se propagar através do novo meio.

O fenômeno resultante quebra as antigas leis da óptica, criando feixes de luz que refletem e refratam de forma arbitrária, dependendo do padrão da superfície.

A fim de generalizar as leis de reflexão e de refração nos livros-texto, os pesquisadores adicionaram um novo termo para as equações, representando o gradiente de alteração de fase induzida pela interface.

Se não existir tal interface artificial, basta zerar o gradiente que as novas leis produzem os mesmos resultados que suas versões já bem conhecidas.

Fonte: Science

Internet mais rápida movida com grafeno

Uma colaboração entre cientistas das universidades de Manchester e de Cambridge, no Reino Unido, resultou na descoberta de um método que poderá levar à melhoria das características de dispositivos à base de grafeno para uso em fotodetectores em sistemas ópticos de comunicação em alta velocidade.

© The University of Manchester (grafeno)

Os pesquisadores Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, que ganharam o prêmio Nobel de Física de 2010 por pesquisas com o grafeno, fazem parte do novo estudo.

O grafeno é formado por uma camada única de carbono, agrupada em uma grade em colmeia e na qual os átomos mantêm entre eles uma distância específica. Por meio da combinação de grafeno com nanoestruturas metálicas, os cientistas conseguiram uma melhoria de 20 vezes na transmissão de luz.

Ao colocarem essas estruturas metálicas, na forma de fios, em cima do grafeno e iluminar a estrutura, os cientistas observaram que o resultado era a geração de energia. O dispositivo funciona como uma célula solar básica.

O mais importante resultado da pesquisa é que o dispositivo apresentou potencial de transmitir dados em taxas de transferência muito mais rápidas – dezenas ou centenas de vezes – do que os mais rápidos cabos de internet disponíveis na atualidade. O motivo é a natureza única dos elétrons no grafeno, incluindo a alta mobilidade e velocidade.

A pesquisa resolve um grande problema do grafeno até então, que era a baixa eficiência. O grafeno absorve pouca luz, cerca de 3%, sendo que o resto é dissipado sem que contribua para a geração de eletricidade.

A combinação com as estruturas metálicas, chamadas de nanoestruturas plasmônicas, ampliou essa eficiência em 20 vezes nos testes feitos nos laboratórios britânicos, sem sacrificar a velocidade de transferência. Segundo os autores do estudo, no futuro a eficiência deverá aumentar muito mais.

Fonte: Nature Communications

Registrada primeira imagem de um elétron orbitando uma molécula

A movimentação dos elétrons sempre foi difícil de ser registrada em imagem. Dessa vez, entretanto, cientistas da IBM Research Zurich e da University of Liverpool finalmente foram os primeiros a capturar a trajetória que um elétron realiza em torno de um núcleo.

© Science (orbitais do pentaceno)

A substância em questão é o pentaceno, um hidrocarboneto composto por um agrupamento de cinco aneis benzênicos com 22 átomos de carbono e 14 átomos de hidrogênio. As regiões escurecidas da imagem, que parecem dividir a molécula em várias partes, consistem no caminho percorrido pelo elétron, no que é chamado de órbita.

A imagem nomeada como HOMO simboliza o caminho mais provável feito pelo elétron, enquanto LUMO mostra a trajetória que ele deve percorrer com menor frequência.

O registro só foi possível graças a um microscópio de força atômica (AFM), que é capaz de retratar imagens muito menores do que os aparelhos tradicionais, a própria agulha do instrumento necessita de outro microscópio para ser visualizada!

A tarefa é ainda mais difícil quando lembramos que o comportamento de um elétron é diferente de uma partícula comum, pois para determinar sua posição em um orbital exige cálculos baseados apenas em probabilidades.

Fonte: Science

A fonte definitiva de energia

Em busca de uma alternativa para a matriz energética mundial, muitos cientistas acreditam que só a energia das estrelas pode representar um passo decisivo para a humanidade.

© RSC (ilustração de um reator de fusão nuclear)

Às voltas com a sujeira e os riscos causados pela fissão nuclear, ainda debatendo se os biocombustíveis valem a pena ou não, o mundo se vê às voltas com uma matriz essencialmente baseada no petróleo e seus parentes próximos, o carvão e o gás natural.

Para achar uma saída desse beco, as duas únicas tecnologias com potencial disruptivo são a fotossíntese artificial e a fusão nuclear.

Os experimentos com folhas artificiais estão apenas começando. Mas o homem sonha em domar a fusão nuclear desde que Hans Bethe explicou de onde as estrelas tiravam tanta energia.

A primeira tentativa de produzir a fusão nuclear na Terra não é de boa lembrança: em 1º de Novembro de 1952, os Estados Unidos usaram uma bomba similar à usada em Hiroshima apenas para dar a ignição na primeira bomba de hidrogênio. Funcionou, mas a coisa se mostrou tão perigosamente descontrolada que o projeto foi deixado de lado.

O recorde mundial de fusão nuclear hoje pertence ao reator tokamak do JET (Joint European Torus), no Reino Unido. Com 15 metros de diâmetro e 12 metros de altura, ele consumiu 20 MW (megawatts) para produzir 16 MW - mas a fusão nuclear se sustentou por menos de 10 segundos.

Hoje, todos os esforços para bater esse recorde e gerar energia são pacíficos - ao menos os que se conhece. E os projetos de fusão nuclear não são mais exclusividade dos governos e suas universidades: já há empresas privadas trabalhando na área.

ITER

O maior desses esforços é o ITER, sigla em inglês de Reator Internacional Termonuclear Experimental, que começou a ser erguido em Cadarache, na França.

Com um investimento planejado de US$21 bilhões, o projeto pretende consumir 50 MW de energia para dar partida em uma produção de 500 MW. Em 2027, se tudo der certo.

O problema é que ninguém sabe se vai dar certo. Muitos físicos dizem que não vai funcionar. Outros afirmam que o ITER funcionará como um excelente laboratório de física, mas nunca será uma usina de geração de energia eficiente.

O ITER usará um reator do tipo tokamak, que usa um gigantesco campo magnético para confinar um plasma que deverá atingir uma temperatura de 45 milhões de graus Celsius para dar partida na fusão de deutério-trítio.

Se funcionar, um quilograma (kg) de combustível de fusão vai gerar tanta energia quanto 10 milhões de kg de carvão.

Outro experimento já atingiu 25 milhões de graus Celsius, ainda abaixo do ponto de partida da fusão. Mas os projetistas do ITER confiam em seus 18 gigantescos ímãs supercondutores, cada um pesando 360 toneladas, para confinar uma quantidade de plasma suficiente para chegar lá.

Ignitor

O Ignitor é um projeto conjunto entre a Itália e a Rússia, bem menos ambicioso que o ITER.

O Ignitor será na verdade uma versão ampliada do Alcator C-Mod, desenvolvido pela equipe do professor Bruno Coppi, do MIT.

O reator, que está sendo erguido nas proximidades de Moscou, terá aproximadamente o dobro do tamanho do Alcator, com uma câmara principal em forma de anel com 1,3 metro de diâmetro - a câmara do ITER terá 6,2 metros de diâmetro.

O Alcator não nasceu para gerar energia, mas como um laboratório para estudar as estrelas.

Ao longo dos anos, os cientistas foram aprimorando seus detalhes técnicos, a ponto de atingirem um estágio no qual eles acreditam ser viável usar a tecnologia para produzir temperaturas suficientes para iniciar a fusão nuclear.

Como estão trabalhando em uma área desconhecida, os cientistas parecem mais interessados em trocar experiências do que em competir. Evgeny Velikhov, responsável pelo lado russo do projeto, também é membro do conselho do ITER.

Mas o Dr. Coppi diz que, mesmo que o Ignitor nunca gere mais energia do que consumir, ainda assim a astrofísica terá muito a ganhar com o experimento.

Sterellator

© Max Planck Institute (Stellarator)

O tokamak não é o único caminho para tentar domar a fusão nuclear.

O projeto Wendelstein 7-X, do Instituto Max Planck, da Alemanha, está construindo um reator de fusão do tipo stellarator - ele será o maior do mundo desse tipo.

Um tokamak é alimentado por uma corrente de plasma. Essa corrente fornece uma parte do campo magnético responsável por isolar o próprio plasma das paredes do reator. O grande problema é evitar as "disrupções", as instabilidades do plasma circulante pelo torus.

Um reator do tipo stellarator não tem corrente, eliminando de pronto o problema das instabilidades do plasma. Esse tipo de reator tem um desenho esquisito, mas também tem seus próprios problemas, como uma tendência a perder energia.

Cada stellarator foge à sua própria maneira do tipo "clássico", fazendo modificações e otimizações que tentam coibir os defeitos o obter um funcionamento contínuo.

O Wendelstein 7-X terá 50 bobinas supercondutoras, medindo 3,5 metros de altura cada uma, para gerar o campo magnético primário. Para completar o sistema de contenção do plasma será usada uma camada adicional com 20 bobinas planares, colocadas sobre as primeiras, que terão o papel adicional de permitir o controle da intensidade do campo magnético.

O conjunto todo é contido dentro de uma estrutura de 16 metros de diâmetro. Uma usina de refrigeração fornecerá 5.000 Watts de hélio líquido para manter a supercondução dos fios que formam as bobinas.

O Wendelstein 7-X será um reator de pesquisa, sem intenção de produzir energia. Na verdade, a intenção é demonstrar a viabilidade da construção de uma usina de fusão nuclear usando um reator do tipo stellarator. Se tudo ocorrer segundo o cronograma, o reator deverá entrar em funcionamento em 2014.

Fusão nuclear com laser

O projeto europeu Hiper (sigla em inglês de Pesquisa de Energia Laser de Alta Potência) pretende atingir as altas temperaturas necessárias para iniciar a fusão nuclear usando um equipamento de raio laser do tamanho de um estádio de futebol.

Um laser de alta potência vai comprimir átomos de hidrogênio para conseguir uma densidade 30 vezes maior do que a do chumbo.

Um segundo laser vai aumentar a temperatura do hidrogênio comprimido acima dos 100 mihões de graus Celsius.

Nessas condições, os núcleos do hidrogênio deverão se fundir para formar hélio.

Iniciado em 2008, o Hiper é financiado pela Comissão Europeia e envolve 26 instituições de dez países.

Motor de fusão

Os cientistas da empresa privada Helion Energy são bem mais comedidos do que seus parceiros institucionais.

Seu reator de fusão nuclear é um equipamento cilíndrico de 16 metros de comprimento e pouco mais de um metro de diâmetro.

Chamado de "motor de fusão", o reator não usará supermagnetos supercondutores mantidos em temperaturas criogênicas: ele usará um processo conhecido como configuração de campo reverso.

Em vez de confinar o plasma em uma estrutura toroidal, como no tokamak, o motor de fusão vai acelerar duas pequenas bolas de plasma uma em direção à outra.

Manter o plasma isolado em um aparato linear é muito mais simples do que o formato toroidal, exigindo um campo magnético menos intenso e mais fácil de controlar. É por isso que o reator é tão menor do que seus concorrentes.

Se os cálculos estiverem corretos, a colisão deverá gerar calor suficiente para fundir os núcleos dos átomos, aquecê-los e iniciar a fusão de forma sustentada.

Como a fusão ocorre em um ponto determinado no espaço é mais fácil também recolher os nêutrons gerados. Os nêutrons são essenciais para gerar o combustível da fusão.

E, se eles escaparem, podem tornar radioativas as peças metálicas do equipamento com as quais entrarem em contato - isso acontecerá no ITER, que deverá trocar as partes internas do seu reator periodicamente.

O protótipo do motor de fusão atingiu uma temperatura de 25 milhões de graus Celsius, bem abaixo do necessário. Mas os cientistas calculam que a temperatura necessária será alcançada com um equipamento apenas três vezes maior.

A NASA e o Departamento de Defesa dos Estados Unidos já investiram US$5 milhões na empresa, que agora está procurando parceiros privados para levantar mais US$20 milhões, necessários para construir a versão final do seu motor de fusão.

Fusão geral

A empresa canadense General Fusion está usando uma outra abordagem para tentar obter a fusão nuclear sustentada.

A técnica chama-se fusão de plasma magnetizado e consiste em iniciar a fusão em um plasma comprimido de forma intensa e rápida no interior de uma esfera giratória de metal líquido.

O reator funciona em ciclos sequenciais, com cada compressão do plasma magnetizado produzindo um "disparo" de energia gerada pela fusão.

São quatro ciclos: criação do plasma de deutério e trítio, aprisionamento do plasma em um campo magnético, compressão do plasma magnetizado, gerando a fusão e, finalmente, captura do calor gerado pela fusão para uso em uma usina termoelétrica.

Os resultados ainda são modestos: segundo a empresa, o aparato produziu uma temperatura de 5 milhões de graus Celsius durante 1 microssegundo.

Mas a General Fusion tem mais dinheiro para construir versões maiores do seu reator: os US$30 milhões foram levantados entre investidores privados, entre os quais Jeff Bezos, da Amazon.

Fusão secreta

Há uma outra empresa privada na área, chamada Tri Alpha Energy, que não gosta de aparecer e nem divulga seus projetos, mas que aparentemente está usando um conceito criado pelos físicos Norman Rostoker e Hendrik Monkhorst.

A ideia é misturar hidrogênio e boro-11 em um plasma de alta temperatura para gerar a fusão.

O processo de confinamento usa a mesma configuração de campo reverso, mas aparentemente mantendo toda a energia de entrada dentro do reator - os elétrons do combustível seriam confinados eletrostaticamente e os íons seriam aprisionados magneticamente.

Os pesquisadores acreditam que, com o calor e a densidade adequadas, esses íons vão se fundir para liberar energia.

Recentemente circularam boatos de que a empresa teria levantado US$90 milhões, tendo entre seus investidores Paul Allen, cofundador da Microsoft. Mas as empresas de capital de risco apontadas nos boatos não listam a empresa em sua carteira de investimentos.

Em um artigo científico publicado em 2010, seus cientistas afirmam ter alcançado uma temperatura de 5 milhões de graus Celsius durante 2 milissegundos.

Já houve vários boatos sobre a iminência de um teste "no ano que vem", que ainda não aconteceu. Os mais otimistas opinam que uma versão comercial do reator Rostoker/Monkhorst - capaz de produzir mais energia do que consome - não sairá antes de 2020.

Fusão nuclear a frio

Há também propostas mais controversas para a fusão nuclear, embora não voltadas especificamente para a produção de energia.

A principal delas é a chamada fusão nuclear a frio, ou fusão de baixa energia, que mostra os indícios da fusão por meio dos nêutrons gerados no processo - pouquíssimos nêutrons, em comparação com os experimentos que pensam em gerar energia.

A ideia surgiu em 1989, quando Martin Fleishmann e Stanley Pons afirmaram ter verificado a fusão nuclear em uma célula eletrolítica. Mas nenhum outro grupo conseguiu reproduzir o experimento.

A esperança renasceu em 2009, quando Pamela Mosier-Boss e sua equipe modificaram ligeiramente a célula eletrolítica de Fleishmann e Pons e tiveram resultados animadores, ainda que frágeis demais para qualquer uso prático.

Mas a fusão nuclear a frio só voltou a ser levada a sério em 2010, quando a Sociedade Americana de Química promoveu um evento de dois dias exclusivamente para discutir o assunto. Desde o fiasco inicial, quem se atrevia a pesquisar na área preferia trabalhar em silêncio.

Foram mais 50 apresentações de experimentos que apresentaram resultados significativos, suficientes para colocar o assunto em pauta novamente. Mas ninguém sonha em usar a fusão a frio para geração de energia.

Fusão por cavitação

Pelo menos três grupos se envolveram em uma pretensa fusão nuclear em um equipamento de mesa, desde que Rusi Taleyarkhan e seus colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge afirmaram ter conseguido iniciar a fusão pelo colapso de microbolhas.

Seth Putterman, da Universidade da Califórnia, fez uma demonstração semelhante em 2005, mas usando o aquecimento de um cristal em um ambiente de deutério. A produção de nêutrons, contudo, foi muito pequena, e os cientistas nunca chegaram a afirmar que a técnica seria útil para a geração de energia.

No mesmo ano, uma equipe da Universidade Purdue afirmou ter confirmado o experimento de Taleyarkhan, baseado na cavitação de microbolhas.

Contudo, depois da contestação de outros cientistas, a Universidade fez uma sindicância e concluiu que Yiban Xu e Adam Butt haviam falseado os resultados.

Fonte: Inovação Tecnológica

Esfera em dois lugares ao mesmo tempo

Cientistas estão planejando colocar uma esfera em dois lugares ao mesmo tempo.

© Revista Física (esfera com dois estados quânticos)

A ideia é trazer para o mundo macro os fenômenos estranhos da mecânica quântica.

Desde que o mundo quântico comunicou-se com o mundo macro pela primeira vez os cientistas sabem que a mecânica quântica também pode influir no movimento de objetos macroscópicos.

Mas o objetivo agora é mais ambicioso: usar uma esfera "grande" para demonstrar o fenômeno da superposição, que permite que um objeto tenha mais de um estado ao mesmo tempo.

Será que os objetos grandes podem seguir as leis quânticas como a suposição de Erwin Schrödinger no experimento mental que mostra que um gato poderia existir em uma superposição de estar vivo e morto ao mesmo tempo?

A ideia agora é atingir uma esfera de vidro de 40 nanômetros de diâmetro, localizada dentro de uma pequena cavidade, com um laser.

Isso deverá forçar a esfera a saltar de um lado da cavidade para o outro.

Mas, como a luz é quântica por natureza, a posição da esfera também deverá ser, o que a obrigará a ficar em uma superposição quântica, concatenando-se com os fótons que a atingem.

O experimento terá de ser realizado em alto vácuo e em temperaturas extremamente baixas, para que a esfera não seja perturbada pelo ruído térmico ou pelas moléculas de ar, contou Oriol Romero-Isart, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, um dos idealizadores do experimento.

No ano passado, Aaron O'Connell e seus colegas da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, demonstrou que é possível criar superposições em uma tira de metal de 60 micrômetros de comprimento.

No entanto, a separação física associada com os dois diferentes estados superpostos foi de apenas 1 femtometro (10^-15 metro), equivalente à largura do núcleo de um átomo.

A nova experiência, por sua vez, pretende colocar a esfera de vidro em dois lugares totalmente distintos ao mesmo tempo, sem sobreposição.

"Em nossa proposta, o centro de massa é colocado em uma superposição de localizações espaciais separadas por uma distância maior do que o tamanho do objeto", diz Romero-Isart.

Se der certo, será a primeira vez que a superposição será demonstrada em um objeto verdadeiramente macroscópico - embora uma esfera de 40 nanômetros não possa ser vista a olho nu, ela contém milhões de átomos, sendo maior do que um vírus.

Além do experimento com sobreposição de O'Connell, o máximo que se chegou até hoje em experimentos de superposição quântica foi em uma molécula chamada fulereno, com menos de 100 átomos.

Os cientistas afirmam que o experimento, ainda sem data marcada, deverá ser um teste valioso para a própria teoria da mecânica quântica.

Observar o comportamento de tais objetos muito grandes obedecendo as leis quânticas pode ser a melhor chance de descobrir onde é que a mecânica quântica deixa de funcionar e começa a vigorar a mecânica clássica.

Fonte: New Scientist

Evolução da matéria após Big Bang

Algumas das perguntas mais intrigantes em foco da física básica são sobre neutrinos.

© Berkeley Lab (detector experimental de neutrinos Daya Bay)

Os neutrinos são partículas muito difíceis de serem detectadas por terem carga neutra, uma massa extremamente pequena e pouca interação com a matéria. Sua existência foi comprovada há cerca de 60 anos e, desde então, já se descobriu que existem três tipos de neutrinos, além de suas respectivas antipartículas.

Quanto pesam os diferentes tipos de neutrinos e qual é o mais pesado?

As respostas estão na forma como os três tipos de neutrinos - elétron, múon e tau - oscilam ou misturam-se no espaço. Para saber mais sobre os neutrinos, o detector experimental Daya Bay foi criado.

"Os resultados obtidos serão uma contribuição importante para a compreensão do papel dos neutrinos na evolução dos tipos básicos da matéria nos primeiros momentos após o Big Bang", explica Kam-Biu Luk, um professor de física da Universidade da Califórnia, em Berkeley, envolvido no projeto.

Os primeiros dados coletados deste detector mostram uma precisão maior que as medidas de outros experimentos em andamento.

O Daya Bay deu início a obtenção de dados para estabelecer um parâmetro que é fundamental na física de partículas, mas até agora não foi medido com precisão. Para medir a amplitude de oscilação dos neutrinos e chegar a este parâmetro serão necessários de dois a três anos de coleta de dados, com todos os seus oito detectores.

China e Estados Unidos lideram a colaboração internacional do Daya Bay, que inclui participação da Rússia, República Tcheca, Hong Kong e Taiwan. O experimento tem contribuições intelectuais de mais de 40 instituições de países do mundo todo.

Os neutrinos serão coletados por oito grandes detectores enterrados na parte subterrânea das montanhas adjacentes aos seis reatores nucleares de um grupo nuclear no sul da China, próximo a Hong Kong. Os reatores nucleares produzem enormes quantidades de antineutrinos, que são identificados por seus flashes.

Fonte: Berkeley Lab