Physics News Update nº 798
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 798, de 25 de outubro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi
A TABELA PERIÓDICA DE BÁRIONS tem sido recentemente suprida de vários novos elementos peso-pesado. Tal como a adição dos dois novos elementos (116 e 118) à tabela periódica da química, os novos membros da tabela periódica de bárions são instáveis e efêmeros, mas a observação de sua existência serve para expandir nossa compreensão da matéria no universo. Os novos bárions, os mais maciços até agora, com massas em torno de 5,8 GeV foram extraídos de trilhões de colisões de próton/antipróton, realizadas em uma energia de 2 TeV no Fermilab. De acrodo com a “caixa de ferramentas” do Modelo Padrão, toda a matéria é montada a partir de uma família de seis léptons e seis quarks. Entre os léptons, apenas o elétron conta para os átomos comuns e, entre os quarks, somente os quarks “up” (u) e “down” (d) servem para preencher prótons e nêutrons. Assim é que o próton é uma troika de quarks u-u-d, enquanto o nêutron é uma formação d-d-u. Mas se pode imaginar outros bárions (partículas constituídas por três quarks) feitas de diferentes combinações de quarks, ou com diferentes valores de spin (o próton e o nêutron têm, ambos, um valor nominal de spin de 1/2). Embora possam ser produzidas artificialmente em colisões de partículas, bárions contendo outros quarks – strange (s), charm (c), bottom (b) ou top (t) – são instáveis e decaem rapidamente. Ainda assim, para entender a força forte que governa a matéria nuclear, os físicos se esforçam para criar e medir todos esses candidatos a bárion. (Para uma figura da hierarquia dos bárions veja http://www.aip.org/png/2006/270.htm)
Até agora, só havia um bárion bem estabelecido contendo o quark bottom, o chamado Lambda-b. A priemeira evidência de sua existência foi relatada pelo CERN e o Fermilab, ná década de 1990, com base em um punhado de eventos. Agora a colaboração CDF no Fermilab está reividicando a descoberta de dois tipos de bárion, cada um com base em cerca de 100 eventos. Atualmente existem quatro novos dos assim chamados bárions Sigma-b: dois bárions com carga positiva, com uma combinação u-u-b (um com spin 1/2 e outro com spin 3/2), o primeiro dos quais constitui uma espécie próton-bottom; e dois bárions com carga negativa com uma combinação d-d-b (com spins respectivos 1/2 e 3/2). Em todos os casos, os Sigma decaem quase que imediatamente em uma partícula Lambda-b (com uma combinação de quarks u-d-b), mais um píon. No detector, o Lambda tipicamente voa por 100 mícrons antes de decair em um Lambda-c (um bárion Lambda com um quark c no lugar de um b), que rapidamente decai em um próton comum. Existirão dados suficientes para a reivindicação da “descoberta” dessas partículas? Os novos resultados foram anunciados em uma recente apresentação no Fermilab por Petar Maksimovic, da Universidade Johns Hopkins. Jacobo Konisberg, da Universidade da Flórida, o co-porta voz do grupo CDF diz que as probabilidades estatísticas contra a real existência das partículas Sigma-b estão a nível de umas poucas partes em 1.019.
SUPERFLUIDO DE FÉRMIONS EM UMA GRADE ÓPTICA. Neste verão de 2006, enquanto a Europa e a América do Norte foram atingidas por recordes de altas temperaturas, o laboratório Wolfgang Ketterle em Cambridge, Massachussets, continuou a explorar a matéria a recordes de temperaturas baixas. Em três novas publicações – na Nature, Science e na Physical Review Letters – Ketterle e seus colegas do MIT relatam várias novas formas de comportamento quântico em uma área de fronteira entre física atômica e física de matéria condensada. As amostras usadas são gases atômicos diluídos (dois deles com átomos de férmions e um com átomos de bósons), mas as propriedades estudadas – coisas como condutividade e fluxo de fluido – são mais típicos de de liquidos e sólidos. Aqui estão três novos resultados:
1. A primeira observação direta da separação das fases entre um fluido e um superfluido. O grupo do MIT havia anteirormente obtido prova visual, na forma de imagens de vórtices, que os átomos de Lítio-6 se emparelharam e se condensaram em um superfluido ( PNU nº 734, 1ª matéria ). Na medida em que os férmions (partículas cujo spin total tem um valor fracionário), os átomos de Li-6 obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, que impede que átomos fermiônicos ocupem um mesmo estado quântico – tal como os átomos bosônicos (cujo spin é inteiro) formam um Condensado Bose-Einstein (BEC). Por outro lado, os átomos de Li-6 podem ser manipulados com campos magnéticos externos para interagir de várias maneiras. Emparelhadas, elas podem, tal como bósons, continuar e formar um estágio condensado superfluido. Em um trabalho posteiror, os físicos do MIT foram capazes de obter um superfluido de Li-6 no qual havia um desbalanceamento na população de átomos com spins orientados de maneira oposta. Isto permitiu que o gás atômico existisse parcialmente como um superfluido e parcialmente como um fluido normal. No novo trabalho, essa separação entre as fases fluida e superfluida foi registrada (Shin et al., Physical Review Letters, 21 de julho de 2006; ver o site do MIT, com figuras em ( http://web.mit.edu/newsoffice/2006/superfluidity.html ); ver também Nature, 6 de julho de 2006). Ketterle acredita que esta é a primeira vez se registra a imagem de um material quântico-superfluido (e.g, um superfluido ou um supercondutor), junto com a fase normal. Neste caso a fase superfluida é vista no interior de um casulo da fase normal.
2. Primeira observação das Células Isolantes de Mott. Um isolante de Mott (de Neville Mott) é um tipo de condutor frustrado; muito embora no material devesse haver espaços em uma grade para que cargas extra pudessem penetrar, as interações fortes entre elétrons restringem a condutividade, tornando o material um isolante, embora devesse ser um condutor (ver PNU nº 645, matéria 2 ). No trabalho do MIT, as partículas em movimento não são elétrons, mas átomos neutros (átomos de Rubídio em um Condensado Bose-Einstein) e a grade subjacente não é uma matriz de átomos, mas uma grade óptica – um tipo de “sólido difuso” artificial onde feixes de laser aprisionam um ou mais átomos nos interstícios de um feixe de luzes entrcruzadas. Pelo cuidadoso ajuste dos campos magnéticos externos, se obtém uma estrutura tal como uma boneca russa do tipo Matrioska: camadas isolantes de Mott, uma dentro da outra, são separadas por camadas de superfluido. Esta estrutura foi deduzida a partir de uma cuidadosa aplicação da tecnologia de espectroscpia usada em relógios atômicos (travando um transmissor de microondas na capacidade receptiva absorvente de átomos super-resfriados). Ketterle acredita que vapores Mott/BEC, podem, por sua vez, tornar os relógios atômicos mais precisos. (Campbell et al., Science, 4 de agosto de 2006.) O grupo de Immanuel Bloch em Mainz poderá estar publicando, também, novos resultados nesta área.
3. O primeiro superfluido fermiônico observado em uma grade óptica. Isto representa a primeira vez que que partículas fermiônicas emparelhadas, constituindo um fluido quântico, foram nominalmente acomodadas dentro de uma configuração de forças semelhantes a um cristal. Isto é um grande passo em direção a grandes metas de pesquisa com átomos fermiônicos super-resfriados, especialmente a capacidade de criar um superfluido ou supercondutor cristalino, no qual os parâmetros de interação podem ser ajustados à vontade. Neste caso, o indício para a coerência quântica dos átomos, residentes dentro da grade óptica, é indireta e consiste em um padrão de interferência que surge quando os átomos são libertados do emparelhamento, um evento controlado a partir de um magneto externo (Chin et al., Nature, 26 de outubro de 2006.)
Para um assunto que se move rápido como o estudo de átomos utra-resfriados capturados, existem vários outros resultados relacionados. Por exemplo, um grupo Harvard-Gerorge Mason-NIST (que inclui Charles Clark do NIST) também obteve algumas novas perscpectivas sobre isoladores de Mott em gases quânticos; ( ver resumo aqui. Randy Hulet e seu grupo na Universidade Rice também estão perto de obter novos resultados em populações de spins desbalanceados (a serem publicados na Physical Review Letters, versão pré-publicação aqui) bem como para investigações de emparelhamento em suprefluidos (a serem publicadas no Journal of Low Temperature Physics; (versão pré-publicação aqui ).
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
A TABELA PERIÓDICA DE BÁRIONS tem sido recentemente suprida de vários novos elementos peso-pesado. Tal como a adição dos dois novos elementos (116 e 118) à tabela periódica da química, os novos membros da tabela periódica de bárions são instáveis e efêmeros, mas a observação de sua existência serve para expandir nossa compreensão da matéria no universo. Os novos bárions, os mais maciços até agora, com massas em torno de 5,8 GeV foram extraídos de trilhões de colisões de próton/antipróton, realizadas em uma energia de 2 TeV no Fermilab. De acrodo com a “caixa de ferramentas” do Modelo Padrão, toda a matéria é montada a partir de uma família de seis léptons e seis quarks. Entre os léptons, apenas o elétron conta para os átomos comuns e, entre os quarks, somente os quarks “up” (u) e “down” (d) servem para preencher prótons e nêutrons. Assim é que o próton é uma troika de quarks u-u-d, enquanto o nêutron é uma formação d-d-u. Mas se pode imaginar outros bárions (partículas constituídas por três quarks) feitas de diferentes combinações de quarks, ou com diferentes valores de spin (o próton e o nêutron têm, ambos, um valor nominal de spin de 1/2). Embora possam ser produzidas artificialmente em colisões de partículas, bárions contendo outros quarks – strange (s), charm (c), bottom (b) ou top (t) – são instáveis e decaem rapidamente. Ainda assim, para entender a força forte que governa a matéria nuclear, os físicos se esforçam para criar e medir todos esses candidatos a bárion. (Para uma figura da hierarquia dos bárions veja http://www.aip.org/png/2006/270.htm)
Até agora, só havia um bárion bem estabelecido contendo o quark bottom, o chamado Lambda-b. A priemeira evidência de sua existência foi relatada pelo CERN e o Fermilab, ná década de 1990, com base em um punhado de eventos. Agora a colaboração CDF no Fermilab está reividicando a descoberta de dois tipos de bárion, cada um com base em cerca de 100 eventos. Atualmente existem quatro novos dos assim chamados bárions Sigma-b: dois bárions com carga positiva, com uma combinação u-u-b (um com spin 1/2 e outro com spin 3/2), o primeiro dos quais constitui uma espécie próton-bottom; e dois bárions com carga negativa com uma combinação d-d-b (com spins respectivos 1/2 e 3/2). Em todos os casos, os Sigma decaem quase que imediatamente em uma partícula Lambda-b (com uma combinação de quarks u-d-b), mais um píon. No detector, o Lambda tipicamente voa por 100 mícrons antes de decair em um Lambda-c (um bárion Lambda com um quark c no lugar de um b), que rapidamente decai em um próton comum. Existirão dados suficientes para a reivindicação da “descoberta” dessas partículas? Os novos resultados foram anunciados em uma recente apresentação no Fermilab por Petar Maksimovic, da Universidade Johns Hopkins. Jacobo Konisberg, da Universidade da Flórida, o co-porta voz do grupo CDF diz que as probabilidades estatísticas contra a real existência das partículas Sigma-b estão a nível de umas poucas partes em 1.019.
SUPERFLUIDO DE FÉRMIONS EM UMA GRADE ÓPTICA. Neste verão de 2006, enquanto a Europa e a América do Norte foram atingidas por recordes de altas temperaturas, o laboratório Wolfgang Ketterle em Cambridge, Massachussets, continuou a explorar a matéria a recordes de temperaturas baixas. Em três novas publicações – na Nature, Science e na Physical Review Letters – Ketterle e seus colegas do MIT relatam várias novas formas de comportamento quântico em uma área de fronteira entre física atômica e física de matéria condensada. As amostras usadas são gases atômicos diluídos (dois deles com átomos de férmions e um com átomos de bósons), mas as propriedades estudadas – coisas como condutividade e fluxo de fluido – são mais típicos de de liquidos e sólidos. Aqui estão três novos resultados:
1. A primeira observação direta da separação das fases entre um fluido e um superfluido. O grupo do MIT havia anteirormente obtido prova visual, na forma de imagens de vórtices, que os átomos de Lítio-6 se emparelharam e se condensaram em um superfluido ( PNU nº 734, 1ª matéria ). Na medida em que os férmions (partículas cujo spin total tem um valor fracionário), os átomos de Li-6 obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, que impede que átomos fermiônicos ocupem um mesmo estado quântico – tal como os átomos bosônicos (cujo spin é inteiro) formam um Condensado Bose-Einstein (BEC). Por outro lado, os átomos de Li-6 podem ser manipulados com campos magnéticos externos para interagir de várias maneiras. Emparelhadas, elas podem, tal como bósons, continuar e formar um estágio condensado superfluido. Em um trabalho posteiror, os físicos do MIT foram capazes de obter um superfluido de Li-6 no qual havia um desbalanceamento na população de átomos com spins orientados de maneira oposta. Isto permitiu que o gás atômico existisse parcialmente como um superfluido e parcialmente como um fluido normal. No novo trabalho, essa separação entre as fases fluida e superfluida foi registrada (Shin et al., Physical Review Letters, 21 de julho de 2006; ver o site do MIT, com figuras em ( http://web.mit.edu/newsoffice/2006/superfluidity.html ); ver também Nature, 6 de julho de 2006). Ketterle acredita que esta é a primeira vez se registra a imagem de um material quântico-superfluido (e.g, um superfluido ou um supercondutor), junto com a fase normal. Neste caso a fase superfluida é vista no interior de um casulo da fase normal.
2. Primeira observação das Células Isolantes de Mott. Um isolante de Mott (de Neville Mott) é um tipo de condutor frustrado; muito embora no material devesse haver espaços em uma grade para que cargas extra pudessem penetrar, as interações fortes entre elétrons restringem a condutividade, tornando o material um isolante, embora devesse ser um condutor (ver PNU nº 645, matéria 2 ). No trabalho do MIT, as partículas em movimento não são elétrons, mas átomos neutros (átomos de Rubídio em um Condensado Bose-Einstein) e a grade subjacente não é uma matriz de átomos, mas uma grade óptica – um tipo de “sólido difuso” artificial onde feixes de laser aprisionam um ou mais átomos nos interstícios de um feixe de luzes entrcruzadas. Pelo cuidadoso ajuste dos campos magnéticos externos, se obtém uma estrutura tal como uma boneca russa do tipo Matrioska: camadas isolantes de Mott, uma dentro da outra, são separadas por camadas de superfluido. Esta estrutura foi deduzida a partir de uma cuidadosa aplicação da tecnologia de espectroscpia usada em relógios atômicos (travando um transmissor de microondas na capacidade receptiva absorvente de átomos super-resfriados). Ketterle acredita que vapores Mott/BEC, podem, por sua vez, tornar os relógios atômicos mais precisos. (Campbell et al., Science, 4 de agosto de 2006.) O grupo de Immanuel Bloch em Mainz poderá estar publicando, também, novos resultados nesta área.
3. O primeiro superfluido fermiônico observado em uma grade óptica. Isto representa a primeira vez que que partículas fermiônicas emparelhadas, constituindo um fluido quântico, foram nominalmente acomodadas dentro de uma configuração de forças semelhantes a um cristal. Isto é um grande passo em direção a grandes metas de pesquisa com átomos fermiônicos super-resfriados, especialmente a capacidade de criar um superfluido ou supercondutor cristalino, no qual os parâmetros de interação podem ser ajustados à vontade. Neste caso, o indício para a coerência quântica dos átomos, residentes dentro da grade óptica, é indireta e consiste em um padrão de interferência que surge quando os átomos são libertados do emparelhamento, um evento controlado a partir de um magneto externo (Chin et al., Nature, 26 de outubro de 2006.)
Para um assunto que se move rápido como o estudo de átomos utra-resfriados capturados, existem vários outros resultados relacionados. Por exemplo, um grupo Harvard-Gerorge Mason-NIST (que inclui Charles Clark do NIST) também obteve algumas novas perscpectivas sobre isoladores de Mott em gases quânticos; ( ver resumo aqui. Randy Hulet e seu grupo na Universidade Rice também estão perto de obter novos resultados em populações de spins desbalanceados (a serem publicados na Physical Review Letters, versão pré-publicação aqui) bem como para investigações de emparelhamento em suprefluidos (a serem publicadas no Journal of Low Temperature Physics; (versão pré-publicação aqui ).
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PHYSICS NEWS UPDATE é um resumo de notícias sobre física que aparecem em convenções de física, publicações de física e outras fontes de notícias. É fornecida de graça, como um meio de disseminar informações acerca da física e dos físicos. Por isso, sinta-se à vontade para publicá-la, se quiser, onde outros possam ler, desde que conceda o crédito ao AIP (American Institute of Physics = Instituto Americano de Física). O boletim Physics News Update é publicado, mais ou menos, uma vez por semana.
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Como divulgado no numero anterior, este boletim é traduzido por um curioso, com um domínio apenas razoável de inglês e menos ainda de física. Correções são bem-vindas.
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