Physics News Update nº 803

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 803, de 29 de novembro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi. PHYSICS NEWS UPDATE
CURVATURA DAS PROTEÍNAS EM UM ESPAÇO CURVO. Físicos da Universita de Firenze, na Itália, criaram uma nova abordagem para o problema do encurvamento das proteínas. Proteínas são polímeros especiais feitos de aminoácidos. Polímeros genéricos, quando suficientemente resfriados, colapsam em uma bola. As proteínas fazem algo mais interessante: elas se dobram em uma forma compacta particular. Se uma proteína não conseguir atingir essa forma, não será capaz de realizar suas funções específicas e isto pode resultar em doenças. Por exemplo, algumas proteínas não-dobradas irão se agregar em longos filamentos, fibrilas amilóides, e isto é, comprovadamente, a base de doenças neuro-degenerativas, tais como o Mal de Alzheimer. Descobrir a dinâmica precisa por trás da dobradura das proteínas seria algo como Isaac Newton descobrindo as Leis da Gravitação Universal. Não chegamos a este ponto, ainda, mas existem maneiras de investigar alguns dos passos que as proteínas dão para chegar a sua forma adequada. Um enfoque que rende frutos, é observar o processo de múltiplos passos, como ocorrendo em uma série de transações de energia. A qualquer momento, uma proteína pode ser representada como um ponto que se move em torno de um espaço abstrato, cujas coordenadas correspondam a todas as configurações possíveis e a energia associada necessária para cada estrutura, tipo uma bola rolando na superfície interna de uma tijela. A tijela pode ter compartimentos e a bola pode ser capaz de rolar de um compartimento para outro vizinho, se sua energia for suficiente, ou se a antepara entre os compartimentos for suficientemente baixa, ou, então, se alguma energia extra (talvez na forma de calor ou de uma reação química) for adicionada.
Lapo Casetti e Lorenzo Mazzoni tentaram tornar o processo da “paisagem energética” ainda mais geométrico, caracterizando as forças causadoras das dobraduras como uma forma de curvatura no poço em forma de tijela no qual a proteína esteja funcionando.
Isto é uma forma análoga ao que Albert Einstein fez ao caracterizar a gravidade como uma curvatura no espaço-tempo no qual os planetas e estrelas se movem. Mazzoni e Casetti procuram determinar é o que a curvatura na paisagem energética encoraja as proteínas a se dobrarem e outros polímeros a não se dobrarem. (Physical Review Letters, 24 de novembro e 2006)
DETECTORES QUENTES OBSERVAM MAGNETISMO CEREBRAL. O cérebro e o coração, ambos geram fracos campos magnéticos que, de formas diferentes dos campos elétricos, podem revelar pistas sutís sobre doenças tais como epilepsia e arrítmias. Magnetômetros sensíveis, baseados em dispositivos supercondutores de interferência quântica (superconducting quantum interference devices = SQUIDs), têm sido usados para preparar magnetoencefalogramas (MEGs) detalhados. Infelizmente, esses dispositivos precisam de Hélio líquido e todo o equipamento criogênico associado. Michael Romalis, um físico de Princeton, consegue detectar os fracos campos magnéticos do cérebro usando, em lugar disso, um recipiente preenchido com átomos de potássio, polarizados por um feixe de laser. Os campos do cérebro fazem os átomos de K entrarem em precessão de maneira mensurável. Diz Romalis que seu dispositivo já obteve uma sensibilidade 30 vezes melhor do que os magnetômetros já usados para biosensores, e uma resolução espacial comparável à dos SQUIDs, com a perspectiva de melhorar dez vezes mais (ver nesta página em inglês). Em um artigo relacionado, o grupo de Romalis, em colaboração com Karen Sauer da Universidade George Mason, usou um tipo diferente de magnetômetro de potássio para detectar sinais de rádio-freqüência gerados por nitrato de amônia (geralmente usado em explosivos) com uma sensibilidade cerca de 10 vezes melhor do que os dispositivos convencionais. (Xia et al. and Lee et al., dois artigos em Applied Physics Letters , 20 de novembro de 2006)
COLMÉIA ÓPTICA. Uma equipe de físicos italianos e alemães desenvolveu uma nova e flexível técnica de fabricação de dispositivos de cristal fotônico regraváveis, que pode tornar mais fácil a criação e modificação de circuitos nos quais fótons processam informação, do mesmo modo que correntes elétricas fazem na eletrônica. Cristais fotônicos são estruturas com um índice de refração variável que afeta a transmisssão da luz dentro do cristal; eles se comportam como um espelho, bloqueando a propagação da luz em certos comprimentos de onda, e se comportam como um meio transparente permitindo a passagem de outros comprimentos de onda. Defeitos na estrutura periódica, dispostos em geometrias específicas, podem funcionar como cavidades de ressonância, espelhos, canais para ondas, ou o análogo óptico de transistores. A nova técnica é baseada em uma grade bidimensional de poros microscópicos dispostos em um padrão de colméia. Os pesquisadores podem, então, inserir defeitos mediante a injeção de diferentes materiais nos poros, que têm uma largura de apenas poucas centenas de nanômetros. No cristal fotônico, a luz fica, na maior parte, confinada na estrutura bidimensional, mas pequenas quantidades podem vazar do plano epode ser lidos com um microscópio de campo próximo. Francesca Intonti, do Laboratório Europeu para Espectroscopia Não-linear, em Florença, diz que a técnica torna mais fácil e flexível a experimentação com diferentes materiais e configurações, em comparação a outras técnicas de fabricação, tais como a litografia; o uso de líquidos também permite que os circuitos possam ser reconfigurados à vontade. Outra possibilidade – diz ela – poderia ser a injeção de cristais líquidos, cujo índice de refração poderia ser, então, sintonizado de fora, ou materiais emissores de luz, que poderiam atuar como fontes locais de luz laser. Até agora, os pesquisadores têm criado os componentes fotônios pixel a pixel, mas, em princípio, o processo pode ser automatizado, diz Intonti. (Intonti et al., Applied Physics Letters, 20 de novembro de 2006; Web site do Laboratório: Optics of Complex Systems. Ver também: Physics News Update nº 663, matéria 3
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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.

Physics News Update nº 802

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 802, de 22 de novembro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi. PHYSICS NEWS UPDATE
ENERGIA ESCURA NO DESVIO PARA O VERMELHO Z=1. A Energia Escura, a força não identificada que faz com que o universo se expanda cada vez mais rápido, já estava funcionando desde nove bilhões de anos atrás, relataram os cientistas, na semana passada. Novas vistas do Telescópio Espacial Hubble de distantes explosões de supernovas apoiam a explicação da energia escura como sendo a energia do vácuo cuja densidade tenha permanecido constante através da história do universo, disseram os cientistas. Esta aceleração cósmica foi primeiramente revelada em 1998 por duas equipes distintas de astrofísicos. Por meio da medição da luminosidade das explosões de supernovas de até sete bilhões de anos atrás, os cientistas descobriram uma inesperada discrepância. As supernovas pareceiam mais esmaecidas – portanto mais distantes – do que o esperado a partir de seus desvios para o vermelho. Dito de outra forma, as supernovas, a uma dada distância, pareciam menos desviadas para o vermelho do que era de se esperar. Uma vez que o desvio para o vermelho mede o quanto as ondas de luz se alongam, à medida que o universo se expande, o menor desvio para o vermelho significa que, antigamente, a luz que vinha dessas supernovas distantes viajou por um universo que se expandia a uma razão menor do que o universo atual (cuja razão de expansão é conhecida por outros meios). O – então – largamente aceito modelo cosmológico tinha como certo que o universo estivesse diminuindo sua razão de expansão, devido à mútua atração gravitacional de toda a matéria e energia contida nele. Usando o Hubble, uma equipe liderada por Adam Riess, um astrofísico no Instituto Científico do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins, observou, agora, 23 novas supernovas que datam de 8 a 10 bilhões de anos atrás, como disse ele em uma conferência de imprensa da NASA em 16 de novembro. Esta foi uma era de intensa formação de estrelas, quando as galáxias eram três vezes mais brilhantes do que atualmente. Até agora, os astrônomos só tinham observado sete supernovas desse período, disse Riess, muito poucas para medir as propriedades da energia escura. Os dados mostram que a ação repulsiva da energia escura já estava ativa naquele tempo e são consistentes com uma densidade de energia constante – em outras palavras, com uma energia de vácuo que não se dilui, à medida em que o universo se expande, o que alimentaria um crescimento exponencial do universo. Modelos mais complexos com uma densidade de energia não-constante – inclusive uma classe conhecida como modelos de quintessência – não estão inteiramente descartados, disse Riess, durante a conferência: os novos dados ainda permitem variações de até 45% de uma densidade constante. “É tudo ainda muito prematuro”, disse Riess. Para idades mais recentes, a energia escura tem-se mantido constante até uma variação máxima de 10%. Mario Livio, outro astrônomo do STScI disse: “Os resultados somente eliminam algumas variantes dos modelos de quintessência”, mas não de todos eles. O astrofísico Saul Perlmutter, do Laboratório Lawrence Berkeley, que lidera outra equipe de busca de supernovas, diz que este é um passo na direção certa, mas somente um novo telescópio espacial dedicado seria apto a restringir a variação o suficiente para convencer os cientistas de que a energia escura é constante. “Nós esperamos que as diferenças sejam mais sutís entre os vários modelos de energia escura”, declarou ele. Perlmutter diz que sua equipe também está observando supernovas do passado distante, focalizando naquelas em regiões livres de poeira do universo, a fim de estimar as incertezas estatísticas e sistemáticas das medições. Os novos dados também confirmam a confiabilidade de supernovas como balizadores da expansão do universo, disse Riess. O tipo particular de supernova usado para este tipo de medição, chamado de tipo Ia, ocorre quando uma estrela anã branca se torna mais maciça acerscendo matéria de uma estrela companheira, até que – a uma massa crítica de cerca 1,4 vezes a massa de nosso Sol – ela passa por uma explosão termonuclear. Virtualmente todas as supernovas da classe Ia tem as mesmas características padrão – todas elas seguem o mesmo ciclo, têm aproximadamente o mesmo brilho e realtiva abundância de elementos, como visto em seus espectros. Isto faz com que os astrofísicos acreditem que as tipo Ia tenham um brilho intrínseco característico, tornando suas distâncias fáceis de estimar. Agora parece que o mesmo é verdade para as supernovas mais antigas, muito embora a composição elemental do universo como um todo fosse diferente, então. (Publicação disponível em neste site; a ser publicado no Astrophysical Journal, 10 de Fevereiro de 2007; para imagens ver nesta página da NASA)
PRIMEIRO INDÍCIO DIRETO DE TURBULÊNCIA NO ESPAÇO. Se você acha que o caos é complicado no caso de objetos simples (tais como nossa própria inabilidade para prever as velocidades e posições a longo prazo dos planetas, devido a suas interações não-lineares com o Sol e outros Planetas), tudo fica bem pior em sistemas com um número de graus de liberdade essencialmente infinito tais como fluidos ou plasma sob a tensão de forças não-lineares. Aí a palavra “turbulência” é totalmente justificável. A turbulência pode ser estudada na Terra facilmente, mapeando coisas tais como a densidade e a velocidade de fluidos em um tanque. No espaço, entretanto, onde poderíamos esperar a ocorrência de turbulência em situações tais como vento solar, espaço interestelar e discos de acreção em torno de buracos negros, não é tão fácil medir fluidos no tempo e espaço. Agora, um conjunto de quatro satélites de observação de plasma, chamado de “Cluster”, forneceu o primeiro estudo definitivo da turbulência no espaço. O fluido em questão é o vento de partículas que fluem em direção à Terra, vindas do Sol, enquanto o local é a região logo acima do arco de choque da Terra, o lugar onde o vento solar é perturbado e passa pela magnetosfera da Terra (ver figura aqui). As ondas no plasma acima do arco de choque, empurradas para lá e para cá por complexos campos magnéticos, conforme as observações, se comportam de maneira muito parecida como uma turbulência de fluido na Terra. Um dos pesquisadores do “Cluster”, Yasuhito Narita, do Instituto de Geofísica e Física Extraterrestre, em Braunschweig, Alemanha, diz que os dados estão, em princípio, de acordo com a principal teoria sobre turbulência de fluidos, o assim chamado “Modelo de Kolmogorov. (Narita et al., Physical Review Letters, 10 de novembro)
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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.

É para desanimar, mesmo…

Notícia publicada hoje, sob o título Grande Conferência sobre Aquecimento Termina, Obtendo Resultados Modestos (o link é só para constar… a menos que você tenha um login no NYT), começa assim:

«A Conferência Anual das Nações Unidas sobre mudanças climáticas terminou nesta sexta feira com apenas resultados modestos, depois que os delegados não conseguiram estabelecer um cronograma para futuros cortes na emissão de poluentes ligados ao aquecimento global.
A despeito de quase duas semanas de encontros que levaram a Nairobi 6.000 participantes de todo o mundo, os delegados não chegaram a um acordo sobre várias questões, especialmente como avançar além do Protocolo de Kyoto que exige cortes nas emissões pela maioria dos países industrializados, mas expira em 2012.
Dois problemas que persistiram foram a relutância dos EUA em concordar com quaisquer limites impositórios nas emissões, e a crescente teimosia da China e da Índia, dois dos poluidores mundiais mais crescentes, que não encaram quaisquer penalidades sob o Protocolo de Kyoto por conta de todos os gases absorvedores de calor que bombeiam para a atmosfera.»

A notícia prossegue, mas só o início já deu para desanimar… Os maiores poluidores e os que têm o maior crescimento de poluição, não estão nem aí para os efeitos.
Pode parecer paranóia de milico, mas dou toda a razão a um (então) Coronel, Comandante do Centro de Instrução de Guerra na Selva, que, em 1980 alertava: “quem não acredita que a guerra pela Amazônia já começou, é porque tem a mãe na zona…”
Aquele final do The day after tomorrow é muito bonitinho, mas eu duvido que seja verdadeiro: ninguém vai “acolher” os americanos “por conta do perdão da dívida”. Eu quero ver quem iria cobrar essa dívida… No mínimo, ela ficaria “congelada”…
Quando a merda começar, a coisa vai ser resovida na marra, mesmo. Umas bombinhas atômicas no Paiol seriam bastante convenientes…

Physics News Update nº 801

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 801, de 16 de novembro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi. PHYSICS NEWS UPDATE
ENERGIA SEM FIO. Recarregar seu computador laptop ou seu telefone celular pode, um dia, ser feito da mesma maneira conveniente com que pessoas navegam na Rede – sem fio. Nesta semana, no Fórum de Física Industrial da AIP, em San Francisco, Marin Soljacic (MIT) falou acerca de como a energia pode ser transferida sem fios, pelo fenômeno da indução, da mesma forma que as bobinas dos transformadores de energia transmitem correntes elétricas, umas para as outras, sem se tocarem. A idéia de tranferência sem fios de energia não é nova. Nikola Tesla trabalhou nesta idéia mais de um século atrás, mas não conseguiu obter um processo prático. No novo esquema do MIT, um emissor de energia preencheria o espaço em torno de si com um campo eletromagnético não radiativo – o que quer dizer que sua energia não se espalharia por aí a fora como ondas eletromagnéticas. A energia só seria captada por aparelhos especialmente desenhados para entrar em ressonânia com o campo; a maior parte da energia não capturada por um receptor seria reabsorvida pelo emissor. Ao contrário dos meios mais tradicionais de transmissão de energia, tais como microondas, ele não necessitaria de uma linha de visada direta. Ele seria inócuo às pessoas expostas a ele. Com os projetos propostos por Soljacic em uma publicação com Aristeides Karalis e John Joannopoulos, um objeto com o tamanho de um laptop poderia ser recarregado a alguns metros da fonte de energia. Soljacic e seus colegas do MIT estão agora trabalhando em demonstrar a tecnologia na prática.
ÍONS ENTRELAÇADOS FORAM “PURIFICADOS” a níveis recorde pelos pesquisadores do NIST, fornecendo uma uma nova ferramenta que será útil na construção de computadores quânticos no mundo real. O entrelaçamento é uma propriedade da mecânica quântica na qual várias partículas, tais como fótons ou átomos, se tornam interligadas, de modo que a medição de uma propriedade anteriormente indeterminada em uma das partículas, instantaneamente determina as propriedades de outras. As partículas têm que estar entrelaçadas para funcionarem em conjunto em um computador quântico. Entretanto, o entrelaçamento é uma propriedade frágil que pode ser facilmente destruída por perturbações externas, tais como campos magnéticos erráticos, que podem demolir esta propriedade quântica especial, através de um processo conhecido como “descoerência”. Mesmo quando as partículas se tornam entrelaçadas, os experimentadores podem não obter os resultados que desejavam, especialmente se os pares entrelaçados forem ainda mais manipulados. Por exemplo, se os pesquisdores quisessem que as partículas entrelaçados tivessem o mesmo valor de spin (por exemplo, um spin-para-cima) quando fossem finalmente medidas, eles não iriam encontrar essa “correlação” desejada 100% das vezes. Isso é incoveniente, já que computadores e outros dispositivos quânticos dependem de que as partículas estejam entrelaçadas dessa forma desejada. Para combater esta última complicação quanto ao entrelaçamento, vem a idéia de “purificação”, proposta inicialmente por Charles Bennet da IBM a uma década atrás (Bennett et al., Physical Review Letters, 29 de janeiro de 1996) e demonstrada pela primeira vez com pares de fótons (Kwiat et al., Nature, 22 de fevereiro de 2001). Essencialmente um processo de destilação, o processo de purificação aumenta as probabilidades de que as partículas entrelaçadas tenham as correlações desejadas (por exemplo, o mesmo valor de spin). Durante o processo, os pesquisadores podem verificar se eles realmente purificaram as partículas. Na demonstração do NIST, lasers ultravioleta primeiro entrelaçam dois pares de íons de Berílio. Os lasers, então, “entrecruzam o entrelaçamento” de um membro do primeiro par com um membro do segundo. No processo os lasers realizam uma série de operações de “purificação” que aumentam as chances de que os íons fiquem adequadamente correlacionados. A medição do par “entrecuzadamente entrelaçados” fornece informação sobre os outros dois íons entrelaçados foram purificados. Os pesquisadores descobriram que o processo de purificação funcionava em 30% das vezes em íons entrelaçados, um índice muito mais alto do que demonstrações anteriores envonvendo fótons. De certa forma, a purificação é um tipo de ferramenta de correção precoce de erros, impedindo erros indesejáveis nas operações envolvendo partículas entrelaçadas. Mas não dura muito. Deixadas sozinhas, partículas purificadas vão perderão suas correlações na mesma taxa que partículas não purificadas, como resultado da descoerência. Porém, de acordo com o pesquisador Dietrich Leibfried do NIST, se pode purificar as partículas novamente e restaurar o entrelaçamento a seus altos níveis iniciais. Desse jeito, pode-se desacelerar ou memo parar completamente a descoerência, diz Leibfried. (Reichle et al., Nature, 19 de outubro de 2006, para mais informações ver aqui)
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Physics News Update nº 800

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 800, de 9 de novembro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi.
MATÉRIA DE EXCITONS COERENTES foi relatada por um grupo da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD). Eles afirmar que seu enxame de excitons super-resfriado age igual a um Condesnado Bose-Einstein (BEC), mas também pode ser um novo tipo de condensado quântico, no qual as várias partículas agem como se fossem uma única entidade. Excitons são objetos artificiais emparelhados, à deriva em um semicondutor, e consistem de um elétron excitado, fora de seu orbital natal e o buraco que ele deixa, O elétron negativamente carregado e o buraco positivamente carregado são ligados entre si e irão, usualmente, após cerca de um nanossegundo, recombinar, um evento que atira o elétron de volta a sua banda natal e libera um pequeno pacote de luz. É dessa forma que os Diodos Emissores de Luz (LEDs) produzem sua luminosidade. Na experiência da UCSD, os excitons vivem muito mais do que o usual – o bastante para serem estudados como se fossem uma espécie de átomo – uma vez que os parceiros são mantidos algo separados em nano-estruturas (poços quânticos) no corpo da amostra de semicondutor. Os excitons podem perambular no plano da estrutura do poço quântico e, em um anel de 20 mírcrons de largura, constituírem um tipo de gás que pode ser resfriado a temperaturas ultra-baixas. Quando resfriado abaixo de 5°K, este gás começa a mostrar indícios de que se condensou espontaneamente em um tipo de estado quântico coerente. Da mesma forma que os BECs (no qual os átomos são resfriados ao ponto em que suas ondas de matéria se superpõem e se tornam, com efeito, um único sistema quântico coerente) são registrados pela liberação dos átomos de seus campos magnéticos de confinamento, no caso do condensado de excitons, ele se revela pelo rastro dos fótons. Os fótons, gerados pela aniquilação dos elétrons e seus buracos-parceiros, ao deixarem a área do anel, entram em um dispositivo óptico e, na forma de ondas (que são as “testemunhas” dos excitons originais) produzem um padrão de interferência de alto contraste, o que sugere a natureza coerente do gás de excitons. Além disso, o contraste das franjas de interferência fornece a extesão da coerência – cerca de 2 mícrons ( imagens aqui ). O pesquisador Leonid Butov, de San Diego, acredita que a controvérsia cercou relatos anteriores de condensados de excitons, e acredita que os novos resultados são particularmente claros em mostrar um padrão de interferência e na demonstração da coerência quântica. Como outros que estudam matéria coerente, Butov prevê que dispositivos quânticos de emprego prático seguirão essa linha de pesquisa. (Yang et al., Physical Review Letters, 3 de novembro de 2006; ver aqui o press release da UCSD )
MEDINDO MOMENTOS MAGNÉTICOS ABSOLUTOS. Ainda no tempo de Lorde Kelvin, há um século, os cientistas reconheceram que uma mudança no ambiente magnético poderia alterar a resistência elétrica de um material. Naquela época, o efeito era de 5%. Nas alturas da década de 1990, entratanto, se o material fosse constituído de um sanduíche de filmes alternadamente magnéticos e não-magnéticos, o efeito podia chegar até 60%. Esta “magnetorresistência gigante” é, atualmente, o mecanismo que faz funcionar muito do armazenamento e dados em fitas e discos rígidos. Forçando as pequenas correntes elétricas induzidas a pular através das camadas isolantes, à medida em que passa de uma camada magnética para outra, a modificação na resistência ode chegar a 400%. Isto se traduz em densidades de armazenamento e dados da ordem de 300 bilhões de bits por polegada quadrada [nota do tradutor: não há meio dos americanos pensarem em termos decimais…]. Fabio da Silva da Universidade do Colorado em Denver e do Centro de Ciência de Saúde, e seus colegas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), em Boulder, Colorado, agora empregam o efeito de magnetorresistência, não para armazenar dados, mas para estudar o próprio processo pelo qual os pequenos domínios no meio de armazenamento são magnetizados, em primeiro lugar. Usando a magnetorresistência anisotrópica (AMR), na qual a resistência das amostras muda quando o material é re-magnetizado em uma direção diferente daquela da corrente que passa, os pesquisadores podem medir o magnetismo fundamental do próprio domínio (4 mícrons). Eles esperam que esses resultados possam servir como referência para calibrar magnetômetros convencionais, dispositivos que medem os campos magnéticos em objetos que variam de dispositivos eletrônicos de consumo, até o campo da geofísica. Os resultados serão relatados na próxima semana no simpósio da AVS (ciência do vácuo), em São Francisco. (4ª feira, 15 de novembro e 2006, 8:40 h. Ver resumo aqui )
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Physics News Update nº 799

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 799, de 1 de novembro de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi.
FORMATOS MUTANTES DAS CÉLULAS SANGUÍNEAS FORNECEM PISTAS PARA O COMBATE A DOENÇAS. Células vivas não são pequenas bolas de formato constante. Em resposta às várias mudanças químicas e de temperatura, as células mudam seus formatos e seu volume. As camadas exteriores (membrana) das células vermelhas do sangue, por exemplo, podem mudar em dezenas de nanômetros em intervalos de tempo da escala de décimos de milissegundos. No recente encontro da Sociedade Óptica da América, em Rochester, NY, um grupo do MIT mostrou como eles mediram tais pequenas e rápidas flutuações, e como elas se relacionam com o comportamento osmótico das células – ou seja, ao constante esforço das células a manter um equilíbrio entre a concentração de íons entre elas próprias e seu entorno. Ela pode fazer isso, por exemplo, absorvendo ou expelindo água. Se o desequilíbrio osmótico se tornar grande demais, porém, as células podem explodir, uma ação chamada lise. Freqüentemente células doentes são mais propensas à lise, que, por sua vez, é precedida por mudanças na maneira na forma com que a membrana vibra (uma célula inchada vibra menos), daí o interesse em monitorar numericamente a atividade nas fronteiras da célula. Gabriel Popescu, um pesquisador do laboratório de espectroscopia laser de Michael Feld, diz que suas medições por microscopia óptica do papel da pressão osmótica nas vibrações das células vermelhas do sangue, provavelmente auxiliarão a entender problemas clínicos, tais como os efeito do vírus da malária na membrana das células vermelhas do sangue e as mudanças nas propriedades mecânicas das células durante a anemia falciforme. Tais conhecimentos básicos, grandemente desconhecidos até agora, pavimentam o caminho para um melhor entendimento e a formulação de estratégias para tratar estas e muitas outras doenças que envolvem as células vermelhas do sangue. Para figuras e mais informações, visitem este site.
FERVURA EM CÂMERA LENTA. Um novo estudo, realizado a temperaturas congelantes de 33°K, explicam porque certos dispositivos de troca de calor industriais (inclusive aqueles usados em usinas de energia) se fundem catastroficamente quando a formação de vapor passa por um processo chamado de “crise de fervura”. A fervura, um tipo de evaporação acelerada, é, usualmente, um processo muito eficiente de transferência de energia, por causa da transferência do calor latente (o calor necessário para que uma substância mude de fase); energia se movendo de um aquecedor para um líquido por meio da formação de bolhas de vapor. Entretando, pode haver uma importante armadilha neste processo: a pouco conhecida “crise de fervura”. Estas situação potencialmente perigosa acontece da seguinte maneira: em temperaturas suficientemente altas, a formação de bolhas se torna tão grande que toda a superfície do elemento aquecedor (a parte do aquecedor em contato com o líquido) pode ficar coberto por uma película de vapor que atua como isolante térmico para o líquido logo acima. (Da mesma forma que uma gota d’água, caindo sobre uma frigideira quente, evapora muito devagar). O resultado é um acúmulo de calor no aquecedor e o possivel derretimento. (Para um filme deste processo ver este site). O que Vadim Nikolayev e seus colegas na Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles, em Paris, Commissão de Energia Atômica, em Grenoble, e na Universidade de Bordeaux fizeram foi fornecer a primeira observação detalhada da “crise de fervura”, realizando simulações e testes de laboratório de uma teoria que sugere que o superaquecimento ocorre por causa do recúo do vapor. Isto é, em um fluxo de calor suficientemente alto, a bolha crescente irá forçosamente empurrar para os lados o líquido próximo do elemento aquecedor (de uma forma semelhante ao empuxo produzido pelos foguetes), expandindo a potencialmente perigosa camada isolante de vapor. Esta teoria foi sustentada pelo trabalho experimental realizado, não às temperaturas abrasadoras do vapor de alta pressão, mas próximas da congelante temperatura crítica do hidrogêncio líquido, onde a fervura teria que ocorrer muito lentamente, de forma a poder ser observada mais completamente. Graças à universalidade da dinâmica dos fluidos, porém, as lições aprendidas a 33°K devem ser aplicáveis a fluidos a 100°C.
Nikolayev acredita que uma melhor compreensão da “crise de fervura” poderá facilitar certas contra-medidas. Isto é importante, uma vez que os possíveis problemas com a fervura não ocorrem só em importantes instalações industriais, mas também para produtos de consumo tais como computadores laptop, nos quais a taxa de dissipação de calor pode se tornar muito mais alta do que a dos modelos atuais, devido a maiores miniaturizações (Nikolayev et al., Physical Review Letters, artigo a ser publicado; maiores informações neste site )
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