Criado novo elemento químico

Cientistas do Japão afirmam ter conseguido criar em laboratório o elemento químico de número atômico 113 (ou seja, que tem 113 prótons no seu núcleo).

© RNC (decaimento do elemento 113)

Segundo o artigo, os pesquisadores do RIKEN Nishina Center for Accelerator-based Science (RNC) identificaram o 113 indiretamente, através de seis decaimentos alfa (ou seja, emitiu cinco partículas alfa, equivalentes ao núcleo do átomo de Hélio).

O novo elemento é considerado superpesado, ou seja, não é encontrado naturalmente na natureza e só pode ser feito em laboratório através de reatores nucleares ou aceleradores de partículas. Até agora, somente os Estados Unidos, Rússia e Alemanha haviam descoberto elementos superpesados.

Em 12 de agosto, os pesquisadores japoneses colocaram íons de zinco para viajar a 10% da velocidade da luz. Estes colidiram com uma fina camada de bismuto e o resultado foram íons muito pesados que foram seguidos por uma cadeia de diversos decaimentos alfa consecutivos. Foram estes que foram identificados como produto do 113° elemento.

Este feito colocam os pesquisadores do Japão no páreo pela paternidade do elemento 113, já que em 2004 e 2005 pesquisadores dos Estados Unidos e Rússia já tinham afirmado ter feito a descoberta, contudo estes observaram apenas quatro vezes a emissão de partículas alfa. Acontece que o 113 ao decair duas vezes vira dúbnio e o decaimento deste em laurêncio é bem conhecido pelos cientistas, e serve para provar a existência do novo elemento.

Curiosamente, é muito fácil achar tabelas periódicas com o elemento 113 descoberto em 2004. Contudo, a União Internacional de Química e Pura e Aplicada (IUPAC) não reconheceu o feito, como pode ser observado na tabela periódica.

Os cientistas japoneses afirmam que foram nove anos de procura por dados para provar a descoberta do 113. A próxima meta deles é encontrar um elemento ainda mais pesado, de número atômico 119.

Fonte: Journal of Physical Society of Japan

Congelamento de monopolos magnéticos

Os monopolos magnéticos são entidades onde o pólo norte e sul magnéticos estão separados, e não deveriam existir.

© Discovery (monopolo magnético)

Se você tentar dividir um ímã de barra no meio, tudo que você conseguirá são dois ímãs, cada um com um pólo norte e sul. Em anos recentes, no entanto, a existência de monopolos, pelo menos sob a forma de "quasipartículas" consistindo de excitações coletivas entre muitos átomos, foi prevista e demonstrada em laboratório. Agora Stephen Powell, um cientista do Joint Quantum Institute (JQI) e da Universidade de Maryland, tem aguçado o quadro teórico em que os monopolos podem operar. Os fluxos estáveis ​​de monopolos magnéticos são aparentemente impossíveis, mas as correntes transitórias têm sido demonstradas, e se poderia imaginar a criação de uma corrente alternada, o equivalente magnético da eletricidade, chamada de “magnetricidade”, que pode ser explorada para a concepção de novos tipos de alta densidade de armazenamento de dados. As leis do eletromagnetismo preveem uma simetria muito grande entre forças elétricas e magnéticas. Esta igualdade não se estende, no entanto, as cargas magnéticas. As cargas elétricas isoladas, sob a forma de elétrons, são evidentemente muito comuns. Estas cargas são atraídas ou repelidas mutuamente, com uma força inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. Uma carga positiva e uma carga negativa pode se juntar para formar um dipolo elétrico neutro. A situação no magnetismo parece diferente: dipolos sim, monopolos não. Mas novas idéias e novas experiências mudaram o pensamento convencional. Primeiro, as experiências com os elétrons frios fluindo em uma superfície bidimensional pode, sob a ação de poderosos campos magnéticos, serem estimulados a se moverem em órbitas circulares. Estas órbitas, por sua vez parecem interagir na produção de "quasipartículas" que têm uma carga igual a uma fracção da carga do elétron convencional. Este é o efeito Hall quântico fracionário.

Poderia haver um análogo de dipolos magnéticos? Poderia as circunstâncias permitem a existência dos pólos magnéticos isolados?

As experiências recentes e na Alemanha e na França apontam para esta possibilidade, o denominado "gelo de spin", um material sólido feito de elementos do disprósio (Dy), titânio (Ti), oxigênio (O). O bloco básico de construção destes materiais é um par de agrupamentos tetraédricos, constituído tipicamente de dois átomos de Dy (cada um dos quais atua como um ímã diminuto) apontando para fora de cada tetraedro e dois apontando para dentro. Isto é análogo ao da orientação de átomos de hidrogênio em gelo de água, daí o nome de "gelo de spin".

© Stephen Powell (representação do gelo de spin)

Normalmente todos os pólos magnéticos devem ser confinados dentro de dois pólos distintos, o dipolo magnético tradicional. No entanto, a uma temperatura suficientemente baixa, cerca de 5 K (kelvin), os átomos tentam se alinharem entre si, mas não podem por causa da geometria inerente do material conduzindo a um estado desordenado com flutuações fortes, sincronizados. Os pólos magnéticos separados podem se formar no meio deste tumulto, ou seja, as "quasipartículas" no gelo de spin com uma rede de "carga" magnética podem existir e se movimentarem. Um gás de cargas elétricas é chamado de "plasma", e a nuvem tênue análoga de cargas magnéticas é chamada de  "plasma monopolo."

Esta nova pesquisa explora o que acontece quando as flutuações são congeladas, por exemplo, em temperaturas ainda mais frias, ou em um elevado campo magnético. Mostra também como os monopolos estão confinados em dipolos magneticamente neutros novamente. Este estudo é o primeiro a prescrever a transição de fase a partir da fase de monopolo (também chamada de fase de Coulomb) para a fase de pólo confinado.

Fonte: Physical Review Letters

Medindo o formato de um fóton

Pesquisadores conseguiram pela primeira vez medir o complexo "formato" de um fóton, as assim chamadas "partículas" individuais da luz.

© M. Bellini/NIO (ilustração do formato de um fóton)

O feito teve a participação da brasileira Katiuscia Nadyne Cassemiro, professora da Universidade Federal de Pernambuco.

Em termos estritos, um fóton não é uma partícula e nem exatamente uma onda, ele é uma excitação de um campo eletromagnético.

E, como tal, a medição de sua forma promete ajudar a criar novas formas de criptografar informações.

Os pesquisadores desenvolveram uma técnica para refinar as medições de uma série de fótons individuais que estão em estados idênticos, mas arbitrários.

Isso expande também as possibilidades de usar os complicados "estados internos da luz" para transmitir dados.

Um pulso de luz tem uma grande gama de formatos possíveis, uma vez que sua forma é definida pelas amplitudes e fases de seus componentes de frequência.

Assim, é possível codificar informações no formato do fóton e transmiti-lo de um lugar para outro.

E a liberdade é tão grande que um único fóton pode não apenas representar qualquer letra do alfabeto, como até mesmo conter uma combinação quântica, uma superposição de várias letras.

O experimento agora realizado tem a ver com a leitura desse fóton, quando ele chega ao destino, o que é necessário para retirar dele a informação que ele carrega.

A técnica consiste em misturar o fóton a ser medido com um pulso de laser, permitindo que o fóton e o pulso interfiram mutuamente, reforçando ou cancelando um ao outro, dependendo do seu formato; quanto mais parecidos, maior é a probabilidade de detectar o formato preciso do fóton.

A equipe otimizou o método repetindo a mixagem várias vezes, com fótons idênticos, e redesenhando periodicamente o pulso de laser com base nas medições anteriores.

Finalmente, eles demonstraram que a técnica permite a recuperação de informações intencionalmente codificadas nos complexos estados de um fóton individual.

Fonte: Physical Review Letters

Novo transístor altera estado da matéria

Logo depois do surgimento do promissor transístor a vácuo, agora acaba de ser inventado um novo tipo de transístor que permite realizar mudanças no estado da matéria usando correntes elétricas.

© RIKEN (esquema do transístor de Mott)

Cientistas do laboratório RIKEN, no Japão, criaram um componente que usa a acumulação eletrostática de cargas sobre a superfície de um material para desencadear uma alteração do seu estado físico.

O material muda completamente, passando de isolante para metálico. E não se trata apenas de uma transição de estados eletrônicos, o material sofre uma mudança em sua estrutura cristalina.

O novo componente já era previsto teoricamente e vinha sendo buscado avidamente pelos cientistas pelo seu potencial de dar maior velocidade e diminuir o consumo de energia dos circuitos eletrônicos.

Ele é chamado de transístor de Mott porque se baseia em um material chamado isolador de Mott, em homenagem ao físico britânico Neville Mott, um tipo de material que pode passar de condutor elétrico a isolante mediante um rearranjo de seus elétrons.

Inúmeros pesquisadores tentaram construir esses transistores inovadores antes, mas nunca ninguém havia conseguido produzir as correntes necessárias para forçar a transição de fase do isolante de Mott.

Masaki Nakano e seus colegas resolveram o problema adicionando uma gota de líquido iônico sobre o isolante de Mott, utilizaram dióxido de vanádio.

Quando uma pequena tensão foi aplicada ao líquido iônico, isto gerou um enorme campo elétrico na superfície do isolante de Mott, induzindo-o a mudar de estado. A transição de fase não aconteceu apenas na superfície do material, mas em todo o seu volume, literalmente transformando todo o bloco de dióxido de vanádio de isolante em metálico e vice-versa.

Embora esse fenômeno de mudança de fase não seja totalmente compreendido, os pesquisadores japoneses descobriram que não se trata apenas de uma mudança de fase eletrônica.

Usando radiação síncrotron, eles verificaram que o dióxido de vanádio sofre uma mudança na sua estrutura cristalina, passando de uma rede monoclínica para uma tetragonal.

O funcionamento de um transistor pode ser entendido como uma chave, na qual a tensão aplicada a um dos seus eletrodos controla o nível de corrente que flui pelos outros dois eletrodos; a aplicação da tensão naquele primeiro eletrodo liga e desliga a corrente que passa pelos outros dois.

A eficiência do transístor é medida pela comparação entre a corrente que ele deixa passar no estado ligado e a corrente que flui indesejadamente no estado desligado.

Um transístor de mudança de fase pode ser muito mais eficiente do que os transístores atuais, nos quais ocorre apenas uma alteração momentânea na resistência elétrica do material semicondutor, na medida que ele será melhor na fase de condução elétrica por ser um metal, e mais radical na fase de retenção da corrente, por ser um isolante.

Essa descoberta, e a imediata exploração do efeito em um transístor, leva o componente eletrônico sexagenário a uma nova fase da vida, com um horizonte de aplicações ainda mais amplo, além do aumento da eficiência nas aplicações já conhecidas.

E, se o efeito pode ser usado para mudar a fase de um material de isolante para metálico, a descoberta abre novas possibilidades de controlar o estado da matéria de outros materiais.

Fonte: Nature

Nova singularidade do espaço-tempo

A teoria da relatividade geral de Einstein estabelece que corpos de grande massa curvam o tecido do espaço-tempo, sendo essa curvatura um efeito que conhecemos como força da gravidade.

© NASA/Hubble (supernova SN 1987A)

Isso significa que Einstein considerava que o tecido do espaço-tempo é originalmente plano em um dado local.

Os pesquisadores Moritz Reintjes e Zeke Vogler (Universidade de Michigan) e Blake Temple (Universidade da Califórnia, em Davis) propõem que há uma outra forma de criar ondulações no tecido do espaço-tempo.

Eles demonstraram que o espaço-tempo não pode ser localmente plano em um ponto onde duas ondas de choque colidem. Isto representa um novo tipo de singularidade na relatividade geral.

O núcleo de um buraco negro é uma singularidade, onde a curvatura do espaço-tempo atinge valores extremos.

De forma mais geral, uma singularidade é um pedaço do espaço-tempo que não pode parecer plano em nenhum sistema de coordenadas.

Segundo a relatividade geral, a gravidade é tão forte perto de uma singularidade que o espaço-tempo se distorce.

Uma onda de choque pode criar uma descontinuidade, uma mudança abrupta, na pressão e na densidade do tecido do espaço-tempo, criando um ressalto em sua curvatura.

Mas, desde os anos 1960, os físicos calculam que uma única onda de choque não é suficiente para descartar a natureza plana do espaço-tempo em um determinado local.

O que os pesquisadores demonstraram agora é que isso pode acontecer quando duas ondas de choque colidem.

O cruzamento das ondas de choque cria um novo tipo de singularidade, que eles chamaram de singularidade de regularidade.

É possível que ondas de choque que passem pelo interior de estrelas possam criar suas singularidades regulares. Os astrofísicos irão começar a procurar por tais sinais.

Fonte: Proceedings of the Royal Society A

Descoberto novo tipo de ligação química

Foi descoberto um novo tipo de ligação química que é mantida por campos magnéticos extremamente fortes.

© Physics World (campos magnéticos em estrela de nêutrons)

A reação não poderia ocorrer nas condições naturais da Terra, ela apenas ocorre nas proximidades de estrelas de nêutrons ou anãs brancas.

Na Terra, os átomos se ligam por ligações covalentes, ou ligações de hidrogênio, quando eles compartilham elétrons, ou por ligações iônicas, quando a atração eletrostática faz com que íons de cargas opostas se juntem.

No novo tipo de ligação, que Kai Lange e seus colegas da Universidade de Oslo, na Noruega, chamaram de ligação paramagnética, é o magnetismo que mantém os átomos coesos.

Os campos magnéticos presentes naturalmente na Terra mal perturbam as forças eletromagnéticas que ligam os átomos em moléculas.

Mas nas anãs brancas, estrelas no fim de suas vidas, extremamente densas, os campos magnéticos podem atingir 100.000 T (teslas). As estrelas de nêutrons, por sua vez, podem gerar campos magnéticos de 10.000.000 T.

Por comparação, o maior campo magnético gerado na Terra é de 100,75 T.

Na atração magnética extrema, através de simulação em computador, os átomos podem se juntar magneticamente, por meio da interação entre os spins de seus elétrons.

Nessas condições, átomos como o pouco reativo hélio, podem se juntar em pares. O mesmo ocorre com o hidrogênio. Os cientistas não fizeram cálculos para átomos mais complexos.

Aqui na Terra, as ligações químicas normalmente emparelham elétrons com spins opostos. Mas, nessas estrelas supercompactas, o campo magnético intenso interage com o spin dos elétrons, fazendo-os funcionar como pequenos ímãs.

Com isto, os spins dos dois elétrons se alinham com o campo magnético, forçando um deles a se mover para uma posição conhecida como orbital de anti-ligação.

Como elétrons em orbitais de anti-ligação são "proibidos" nos dois tipos de ligação química conhecidos, covalente e iônica, os cientistas afirmam ter descoberto um novo tipo de ligação química, que foi denominada de "ligação paramagnética perpendicular".

Assim, os cálculos demonstram a existência de uma química exótica no espaço, o que pode ajudar a explicar estranhos comportamentos detectados nas condições extremas do Universo.

Fonte: Science

Existência do bóson de Higgs fica mais evidente

Cientistas veem fortes indícios da existência de uma partícula inédita, o bóson de Higgs, única partícula prevista pela teoria vigente da física que ainda não tinha sido detectada em laboratórios, e que vinha sendo perseguida ao longo das últimas décadas.

© AFP (representação gráfica de colisão de prótons realizada no LHC)

Pela teoria, o bóson de Higgs teria dado origem à massa de todas as outras partículas. Se sua existência for confirmada, portanto, é um passo importante da ciência na compreensão da origem do Universo. Se ele não existisse, a teoria vigente deixaria de fazer sentido, e seria preciso elaborar novos modelos para substituí-la.

Apesar do grande impacto na física teórica, a descoberta ainda não representa um avanço direcionado a nenhum campo específico da tecnologia.

O bóson de Higgs ganhou o apelido de “partícula de Deus” em 1993, depois que o físico Leon Lederman, ganhador do Nobel de 1988, publicou o livro “The God Particle” (literalmente “a partícula de Deus”, em inglês), voltado a explicar toda a teoria em volta do bóson de Higgs para o público leigo. Ainda não há edição desse livro em português.

A nova partícula tem características consistentes com o bóson de Higgs, mas os físicos ainda não afirmam com certeza sua existência. Para isso, eles vão coletar novos dados para observar se a partícula se comporta com as características esperadas do bóson de Higgs.

O anúncio foi feito em Genebra, na Suíça, sede do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN). As conclusões foram baseadas em dados obtidos no Grande Colisor de Hádrons (LHC), acelerador de partículas construído pelo CERN ao longo de 27 quilômetros debaixo da terra, na fronteira entre a França e a Suíça.

Essa máquina, considerada a mais poderosa do mundo, foi construída especificamente para estudos de física de partículas, e a descoberta desta quarta é a mais importante que já foi feita lá até o momento.

A descoberta foi confirmada por especialistas do CMS e do Atlas, dois grupos de pesquisa independentes que fazem uso do LHC. Apesar de usarem o mesmo acelerador de partículas, as duas colaborações científicas trabalham com detectores diferentes e seus resultados são paralelos. Os resultados antecipados ainda serão publicados em revistas científicas.

Os cientistas medem a massa das partículas como se fosse energia. Isso porque toda massa tem uma equivalência em energia. Se você calcula uma, tem o valor das duas. A unidade de medida usada é o gigaelétron-volt, ou "GeV".

O CMS observou um novo bóson com a massa de 125,3 GeV (entre 124,7 e 125,9 GeV) com margem de erro de 0,6 GeV para mais ou para menos com 4,9 sigmas de significância. Este valor representa uma chance menor que um em 1 milhão de que os resultados sejam mera coincidência. Por isso, os cientistas consideram esse número como uma confirmação da descoberta.

Paralelamente, o grupo Atlas afirmou que exclui a inexistência de uma partícula com a massa de 126,5 GeV, com a probabilidade de 5 sigmas. A pequena diferença entre os números dos dois grupos não é considerada tão significativa pelos físicos.

Em 2011, pesquisadores dos dois grupos de pesquisa do CERN já haviam idenficado a presença de um bóson, cuja a massa estaria entre 115 GeV e 130 GeV.

Na última segunda, pesquisadores norte-americanos também tinham encontrado evidência relevante da existência da partícula, em experiências com um acelerador Tevatron.

Um dos motivos pelos quais é tão difícil detectar o bóson de Higgs é a sua instabilidade. Essa partícula dura muito pouco tempo e rapidamente decai em outras.

Tanto o CMS quanto Atlas concentraram seus esforços em duas partículas específicas: os fótons, que é como a luz se manifesta, e os bósons Z, que medeiam a chamada força fraca. O resultado foi suficiente para identificar a existência de uma partícula inédita, mas não para caracterizá-la em detalhes.

Para confirmar se o bóson descoberto é mesmo o bóson de Higgs será necessário estudar a fundo os decaimentos. O Modelo Padrão – conjunto de teorias mais aceito para explicar as interações da natureza e as partículas fundamentais que constituem a matéria – prevê o decaimento do bóson de Higgs em diferentes partículas, cada uma em determinada quantidade.

O próximo passo dos cientistas é testar os vários decaimentos decorrentes dessa partícula. Se os resultados continuarem sendo coerentes com o Modelo Padrão, será confirmado que ela é mesmo o bóson de Higgs.

Caso haja divergências, pode ser que explicações teóricas alternativas sejam adotadas. Já existe uma, chamada de supersimetria, que faz adendos ao Modelo Padrão e prevê a existência de vários bósons de Higgs com pequenas divergências entre si. Será que a existência de dois valores de energias diferentes obtidos pelo CMS e Atlas significaria a existência de dois bósons distintos?

Enquanto estas experiências não mostrarem resultados, é impossível afirmar qual dos modelos se adéqua melhor à natureza.

Fonte: CERN e G1

A imagem da sombra de um átomo

O físico Erik Streed e seus colegas da Universidade de Griffith, na Austrália, usaram uma técnica para tirar uma foto inédita da sombra de um átomo.

 

© Nature (sombra de um átomo de itérbio)

Eles alcançaram o limite extremo da microscopia, pois não possível ver nada menor do que um átomo usando luz visível. A intenção dos pesquisadores era investigar quantos átomos são necessários para gerar uma sombra e provaram que basta apenas um.

Primeiro, um átomo de itérbio foi confinado no interior de uma câmera de vácuo, devidamente aprisionado por campos magnéticos.

No âmago do experimento está um microscópio de resolução extremamente alta, capaz de tornar a sombra escura o suficiente para que possa ser captada. A seguir o átomo é exposto a uma frequência específica da luz, produzindo a sombra em um anteparo, sombra esta que é então coletada por um sensor digital.

Se a frequência da luz que foi projetada sobre o átomo for alterada em apenas uma parte em um bilhão, a imagem não pode mais ser vista.

O Dr. Erik Streed afirma que, além de permitir um melhor entendimento da física atômica, seu experimento poderá ajudar a explorar a computação quântica.

Os benefícios também são óbvios para a biomicroscopia, sobretudo pelas informações sobre a quantidade de luz que cada átomo deve absorver a fim de criar uma sombra.

"Nós podemos agora prever quanta luz é necessária para observar processos no interior das células, sob condições ótimas de microscopia, sem ultrapassar os limites e matar a célula," disse Streed.

Fonte: Nature

Gerador piroelétrico

Um fenômeno observado pela primeira vez por um filósofo grego, há 2.300 anos, está se tornando a base para um novo dispositivo que pretende nada menos do que aproveitar o calor desperdiçado hoje.

© Nano Letters (nanofios de óxido de zinco)

Zhong Lin Wang e seus colegas da Universidade de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, indagam que mais de 50% da energia gerada a cada ano vai para o lixo.

Em sua maior parte, ela é desperdiçada no ambiente na forma de calor, por computadores, carros, linhas de transmissão de longa distância, e uma infinidade de outros "vazamentos de energia".

Para tentar capturar esse calor, e reconvertê-lo em eletricidade, eles projetaram um gerador piroelétrico, que tem potencial para ser colocado ao lado dos dispositivos que aquecem quando funcionam, transformando esse calor em eletricidade.

O calor pode ser convertido em eletricidade aproveitando o chamado efeito piroelétrico, descrito pela primeira vez pelo filósofo grego Teofrasto, em 314 AC.

Teofrasto percebeu que a turmalina, quando aquecida, produzia eletricidade estática, atraindo pedaços de palha.

O aquecimento e o resfriamento rearranjam a estrutura molecular de certos materiais, incluindo a turmalina, criando um desequilíbrio de elétrons, gerando uma corrente elétrica.

A conversão termoelétrica geralmente é feita explorando o efeito Seebeck, mas os cientistas argumentam que o efeito piroelétrico é mais eficiente em ambientes onde a temperatura é espacialmente uniforme, sem gradientes térmicos.

Como provavelmente não seria economicamente viável usar a turmalina, os pesquisadores construíram seu gerador piroelétrico usando nanofios de óxido de zinco.

Fabricado com técnicas usadas pela indústria eletrônica, o gerador piroelétrico é pequeno, e produz correntes com potências na faixa dos microwatts.

Para demonstrar que todo o seu entusiasmo com a tecnologia pode ter um apelo prático, os pesquisadores terão antes que demonstrar a possibilidade de fabricar o gerador piroelétrico em uma estrutura flexível, que possa ser colada nos equipamentos que desperdiçam calor.

Por enquanto, o dispositivo pode se enquadrar como um nanogerador, capaz de realizar acúmulo de energia.

Fonte: Nano Letters

Nêutrons viajam entre universos paralelos?

Um estranho fenômeno da física pode ser explicado por nêutrons que oscilam entre nosso Universo e outro paralelo.

© Marti/Fotolia (nêutrons espelho)

Experimentos em temperatura extremamente baixa feitos por Anatoly Serebrov no instituto francês Laue-Langevin revelaram que os nêutrons desapareciam por curtos períodos. Agora, uma teoria tenta explicar o fenômeno.

Os físicos teóricos Zurab Berezhiani e Fabrizio Nesti, na Universidade de L'Áquila (Itália) reanalisaram os dados experimentais. Eles mostram que o desaparecimento parece depender da direção e da força do campo magnético aplicado.

Os pesquisadores criaram a hipótese de que os nêutrons oscilam entre os dois universos com seus "nêutrons espelho". Cada uma dessas partículas teria a capacidade de fazer uma transição para esse seu gêmeo invisível, e voltar, oscilando de um mundo para o outro.

E os físicos acreditam que outras partículas, como próton e elétron, também teriam suas irmãs espelho - mas apenas as neutras conseguiriam oscilar entre universos. Estas não seriam afetadas pelas forças forte e fraca do nosso Universo (responsáveis pela união do átomo), mas teriam suas próprias relações de força forte e fraca.

A hipótese de viagem entre universos paralelos coincidiria com a relação entre o desaparecimento temporário e o campo magnético e também com o que já foi descoberto sobre o fenômeno. Os cientistas afirmam que essa oscilação, contudo, dura apenas alguns segundos.

A hipótese afirma ainda que a Terra é cercada por um campo magnético formado quando o planeta captura partículas espelho que flutuam pela galáxia como matéria escura. Ou seja, a hipótese ainda explicaria que a matéria escura seria resultado da oscilação das partículas espelho vindas de galáxia paralela à nossa. Esta interpretação é sujeita à condição de que a Terra possui um campo magnético espelho da ordem de 0,1 Gauss.

Os pesquisadores afirmam que, caso seja sustentada por mais estudos, essa hipótese explicaria várias dúvidas da física, como a própria natureza da matéria escura.

Este resultado, se confirmado por futuros experimentos, terá as mais profundas consequências para a física de partículas, astrofísica e cosmologia.

Fonte: European Physical Journal C

Nova forma de geração de raios X

Cientistas conseguiram pela primeira vez fazer uma espécie de alquimia das luzes.

© U. Colorado (pulso de raio X com o maior espectro de cores)

Tenio Popmintchev, liderando uma equipe dos EUA, Áustria e Espanha, descobriu como converter um raio de luz infravermelha em um feixe altamente coerente de raios X e em uma multiplicidade de outros comprimentos de onda.

Em vez dos enormes aceleradores atuais, o novo equipamento gera raios X de alta pureza em um equipamento portátil, gerando "harmônicos de luz" num cristal e numa câmara de gás sob alta pressão.

A técnica de manipulação das ondas de luz, chamada HHG (high-harmonic generation), alcança uma geração de harmônicos muito maior do que num instrumento musical.

Cada fóton de raio X foi produzido por mais de 5.000 fótons infravermelhos gerando uma enegia de 1,6 keV (kiloelétron-volt), é como tocar uma nota 5.000 oitavas acima!

Os elétrons são seletivamente excitados e relaxados pela luz infravermelha, que emerge do outro lado como um feixe de raios X de altíssima qualidade e precisão. Ou seja, a luz infravermelha faz os átomos emitirem raios X.

A técnica conseguiu produzir pulsos de raios X de 2,5 attossegundos de duração, na fronteira do menor tempo já medido pelo homem.

Isto representa uma nova forma de geração de raios X, uma tecnologia cada vez mais importante para o estudo de materiais em nível atômico, assim como para a análise de fenômenos que ocorrem em escala temporais muito curtas, como as reações químicas.

A técnica é muito versátil: ela pode gerar feixes de luz coerentes e altamente direcionais, similares a um laser, do ultravioleta aos raios X, e toda a faixa de frequência entre os dois. Ou seja, um verdadeiro arco-íris de alta energia.

"Esta é a fonte de luz coerente de maior banda espectral já produzida," afirmou Henry Kapteyn, membro da equipe. "Ela definitivamente abre possibilidades para estudarmos as mais curtas escalas de tempo e espaço relevantes para qualquer processo em nosso mundo natural".

O avanço agora obtido fundamenta-se em desenvolvimentos anteriores do grupo, quando eles desenvolveram um laser na faixa do ultravioleta extremo e um feixe de luz ultravioleta mais preciso do que um laser.

Fonte: Science

Microscópio quântico usa ondas de matéria

Cientistas idealizaram um amplificador de ondas: de luz, som, ou qualquer outra onda; que, ao mesmo tempo, isola essas ondas do seu entorno, literalmente mantendo-as invisíveis.

© U. Washington (o chapéu de Schrödinger)

Ou seja, você vai ver o resultado ampliado, mas nunca conseguirá ver a onda original.

"Você pode isolar e ampliar o que quer ver, e tornar o resto invisível," explica Gunther Uhlmann, da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, ressaltando que o efeito de amplificação é muito forte.

O Dr. Uhlmann faz parte da mesma equipe que afirma ser possível criar uma fenda espacial eletromagnética, que, apesar do nome, terá grande utilidade nas TVs com imagens 3D e na geração de imagens para auxiliar cirurgias.

O que o grupo está propondo agora é "manipular ondas de matéria" - as ondas a que eles se referem são a descrição matemática das partículas na mecânica quântica.

"Vai funcionar para qualquer fenômeno ondulatório descrito ou pelas equações de Helmholtz ou pelas equações de Schrödinger, ou seja, ondas polarizadas no eletromagnetismo, ondas de pressão na acústica ou ondas de matéria na mecânica quântica," garantem Uhlmann e seus colegas.

Essa manipulação das ondas permitirá a construção de um microscópio quântico, capaz de capturar as ondas que descrevem partículas como elétrons e fótons.

Mas um microscópio quântico também será de grande utilidade em coisas muito práticas, como a observação dos processos eletrônicos, fundamentalmente elétrons em movimento, no interior de processadores e de folhas fazendo fotossíntese.

Os autores chamam seu sistema de "chapéu de Schrödinger", uma referência ao famoso "gato de Schrödinger" da mecânica quântica, que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo, pelo menos até que você olhe para ele.

A referência se justifica porque, embora amplifique muito a onda e mostre o resultado, a onda original ficará contida no interior de um "escudo de invisibilidade", aparentemente criando algo que parece sair do nada.

"Em certo sentido, você está fazendo mágica, porque parece que uma partícula está sendo criada do nada. É como tirar algo do seu chapéu," justifica Uhlmann.

Essas "partículas emergentes" são na verdade quasipartículas, denominadas quasmons.

As ondas de matéria no interior do chapéu de Schroedinger também podem ser "contraídas", o que equivale a torná-las invisíveis ao mundo exterior, embora Uhlmann acredite que esconder objetos já microscópicos não é algo tão interessante.

Este estudo é parecido com as pesquisas relacionadas com os mantos da invisibilidade e os metamateriais.

A construção do microscópio quântico deverá se basear exatamente nesses materiais artificiais.

Com a publicação da demonstração matemática de que o projeto é viável, o que inclui considerações sobre sua construção usando materiais sólidos, os cientistas esperam agora encontrar parceiros para construir um protótipo.

Fonte: Proceedings of the National Academy of Sciences

O primeiro circuito integrado químico

Cientistas suecos criaram o primeiro circuito integrado químico.

© Journal of the American Chemical Society (transístor químico)

O chip é capaz de fazer cálculos e operações lógicas como um circuito integrado eletrônico comum.

A diferença crucial é que, em vez de eletricidade, o circuito usa compostos químicos circulando através de canais iônicos, similares aos existentes nos seres vivos.

O chip químico é uma decorrência natural de um trabalho divulgado em 2010, quando Klas Tybrandt e seus colegas criaram um transístor iônico, cujo funcionamento depende não de uma corrente de elétrons, mas de um fluxo de íons. Os transistores iônicos transportam tanto íons positivos quanto negativos, assim como biomoléculas.

Nesses últimos dois anos, os pesquisadores trabalharam na combinação dos transistores iônicos negativos e positivos, criando circuitos complementares e portas lógicas similares à organização dos transistores de silício nos chips eletrônicos.

A similaridade com os processadores eletrônicos é praticamente total: o circuito integrado químico baseia sua lógica em transistores de junção iônicos bipolares, que permitem a montagem de inversores e portas lógicas NAND de tipo np (negativo-positivo) e pn (positivo-negativo).

O consumo de energia é baixo e o circuito é totalmente funcional nas condições de altas concentrações salinas típicas dos seres vivos.

Mas a grande vantagem de um processador químico é que ele poderá controlar diretamente as sinalizações celulares, abrindo o caminho para a conexão de circuitos eletrônicos diretamente a seres vivos.

E não apenas a aplicação de fármacos, mas o roteamento e liberação de padrões complexos de moléculas, de fato controlando o comportamento dos "circuitos fisiológicos".

Embora ainda esteja nos estágios iniciais de desenvolvimento, o processador químico terá potencial para mudar totalmente a forma como são controladas as próteses e os implantes médicos, abrindo possibilidades inteiramente novas para os campos da biônica e da biomecatrônica.

Onde hoje existe um circuito eletrônico para disparar uma corrente elétrica e acionar um nervo, por exemplo, poderá haver a saída de um transístor químico, por onde poderão sair substâncias químicas específicas, os íons, de acordo com a função que se deseja ativar nas células vivas.

"Nós poderemos, por exemplo, enviar sinais para as sinapses, em pontos onde o sistema de sinalização não esteja mais funcionando por alguma razão," disse Magnus Berggren, que coordenou o desenvolvimento do chip químico.

Antes disso, nos próprios laboratórios, os cientistas poderão estabelecer condições onde os experimentos terão níveis de controle que não são possíveis hoje, por exemplo, testando a aplicação de um quimioterápico e, simultaneamente, fármacos adicionais que limitem seus efeitos colaterais.

Os testes iniciais do chip químico, a exemplo do que já ocorrera com os transistores iônicos, foram feitos usando o neurotransmissor acetilcolina.

O chip químico é capaz de controlar a liberação da acetilcolina, por sua vez controlando células musculares, que são ativadas quando entram em contato com a substância.

O próximo passo da pesquisa será construir todas as portas lógicas químicas, de forma a montar um processador químico completo.

Como seu funcionamento deverá ser similar ao dos processadores eletrônicos, sua fabricação e adoção deverá ser muito mais rápida do que os chamados "processadores biológicos".

Fonte: Nature Communications

Vácuo quântico gera números aleatórios

Pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália desenvolveram o gerador de números aleatórios mais rápido do mundo.

© Australian National University (gerador de números aleatórios)

Um artigo descrevendo o conceito havia sido publicado no ano passado pelos professores Ping Koy Lam, Thomas Symul e Syed Assad.

Agora eles construíram o aparelho e colocaram-no online pela internet.

Os cientistas obtiveram os detectores de luz mais sensíveis que puderam obter e os direcionaram para o vácuo, uma região vazia do espaço. Por muito tempo se considerou o vácuo como algo completamente vazio, escuro e silencioso.

Mas a teoria quântica demonstrou que o vácuo nada mais é do que uma extensão do espaço onde partículas virtuais subatômicas aparecem e desaparecem espontaneamente.

Assim, a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico e é possível demonstrar isso, por exemplo, gerando luz a partir do vácuo. A matéria e antimatéria poderão ser criadas desse vácuo quântico.

Como o surgimento e desaparecimento dessas partículas é absolutamente aleatório, os cientistas resolveram aproveitar o fenômeno, denominado de ruído de fundo do vácuo, para gerar números aleatórios.

A geração de números aleatórios tem muitos usos na tecnologia da informação. As previsões climáticas globais, a criptografia, o controle de tráfego aéreo, jogos eletrônicos e vários tipos de modelagem por computador, tudo depende da disponibilidade de números verdadeiramente aleatórios.

A maioria dos geradores de números aleatórios atuais é baseado em software. Embora sejam úteis, quem conhece as condições de entrada para o algoritmo pode reproduzir a "aleatoriedade" do programa, ou seja os números não são verdadeiramente aleatórios.

Para superar este problema, os cientistas têm desenvolvido geradores de números aleatórios que dependem de processos físicos intrinsecamente aleatórios, como o decaimento radioativo ou o comportamento caótico de circuitos.

Uma vantagem adicional da leitura das flutuações do vácuo quântico é que o gerador é muito rápido, podendo produzir bilhões de números aleatórios a cada segundo.

Para demonstrar a viabilidade de sua ideia, os pesquisadores conectaram seu experimento à internet.

"Podemos facilmente tornar essa tecnologia ainda mais rápida, mas atualmente atingimos a capacidade de nossa conexão com a internet," disse Assad.

O próximo passo da pesquisa é miniaturizar o aparato quântico. Os pesquisadores afirmam que deverão deixá-lo não maior do que um dado real, do tipo usado em jogos.

Cada usuário obterá sempre uma sequência nova e única de números que são diferentes daqueles transmitidos a qualquer outro usuário.

O gerador de números aleatórios está online e pode ser acessado no endereço: Quantum Random Numbers Server.

Fonte: Applied Physics Letters

Material produz levitação quântica

O pesquisador Norio Inui da Universidade de Hyogo, no Japão, calculou que, sob certas circunstâncias, uma reversão na direção do efeito Casimir será suficiente para levitar uma placa extremamente fina.

© Revista Física (efeito Casimir)

A possibilidade prática da chamada levitação quântica, que foi prevista por cientistas brasileiros, foi demonstrada pela primeira vez em 2009.

Em vez de uma medição que demonstra sua possibilidade, ele descreveu um sistema onde a levitação pode ocorrer de forma direta e prática.

A força de Casimir atrai duas placas idênticas, mas alterações na geometria e nas propriedades do material de uma das placas pode inverter o sentido da força.

Em 1948 o físico Holandês Hendrik Casimir dos Laboratórios de Pesquisa Philips previu que duas placas metálicas paralelas descarregadas estão sujeitas a uma força tendente a aproximá-las. Essa força somente é mensurável quando a distância entre as duas placas é extremamente pequena, da ordem de apenas vários diâmetros atômicos. Esta atração é chamada Efeito Casimir. A força de Casemir é descrita por: F = ħ.c.A.π²/240.d⁴, onde ħ é a constante reduzida de Planck, c é a velocidade da luz, A é a área e d é a distância entre as placas.

Ela está relacionada as Forças de van der Waals. Em 1873, van der Waals elaborou uma equação relacionando a pressão e a temperatura de um gás com o seu volume. Para ele, a pressão deveria ser um pouco menor do que previam as equações até então adotadas, devido às forças de atração entre as moléculas do gás, que faziam com que os choques destas com as paredes dos recipiente em que a substância estava armazenada fossem menos intensos. A equação de van der Waals mostrou-se mais precisa do que as equações anteriores; por isso o novo modelo foi adotado. As forças de van der Waals são muito fracas e atuam apenas quando as moléculas estão muito próximas umas das outras.

O cientista Norio Inui calculou que uma placa feita de um material chamado YIG (yttrium iron garnet), ou ferrita de ítrio, pode fazer levitar uma placa de ouro meio micrômetro acima.

Um elemento importante da descoberta é que a força repulsiva, ou a capacidade da ferrita de ítrio de gerar a levitação, aumenta conforme sua espessura diminui. Isto seria muito conveniente, uma vez que o peso da placa e, consequentemente, a magnitude da força necessária para levitá-la, diminui com a espessura.

A pesquisa possibilitará um aumento da precisão de equipamentos, como giroscópios levitantes, e nas medições de experimentos científicos, incluindo a comunicação do mundo quântico com o mundo clássico.

Fonte: Journal of Applied Physics