Physics News Update nº 841

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 841, de 2 de outubro de 2007 por Phillip F. Schewe PHYSICS NEWS UPDATE
O VÁCUO CONTRA-ATACA. A física moderna demonstrou que o vácuo, antes considerado como um estado de total nulidade, é, na verdade, um ativo pano de fundo de partículas virtuais, entrando e saindo continuamente da existência, até que obtenham energia suficiente para se materializar como partículas “reais”.
Em colisões de alta energia em aceleradores de laboratório, parte da energia original do feixe pode ser consumida em arrancar pares partícula-antipartícula do vácuo. Algumas vezes este processo é o real motivo para a realização da experiência, mas em outras é apenas um desperdício. Por exemplo, no Large Hadron Collider (LHC), em construção no CERN em Genebra, acredita-se que uma das principais fontes de perdas nos feixes (partículas que deixam o feixe utilizável) para a colisão de íons pesados, seja uma classe de eventos na qual os íons com sentidos contrários passem uns pelos outros sem interagir, a não ser para gerar um par de partículas — um elétron e um posítron
— uma das quais (o posítron) desapareça do espaço, enquanto que a outra (o elétron) se agarre a um dos íons.
Este íon, carregando uma carga elétrica extra, vai, então, se comportar de maneira ligeiramente diferente, à medida em que corre através das correntes de possantes magnetos que normalmente guiam as partículas em torno do acelerador. Percorrendo uma certa distância, o íon modificado vai se dissociar de seus companheiros e se espatifar de encontro ao tubo guia que porta os feixes, aquecendo, assim, o tubo e as bobinas magnéticas circundantes.
Com receio dessas futuras perdas nos feixes, os físicos dos aceleradores pensaram em observar este efeito em uma máquina existente, o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) no
Laboratório Brookhaven em Long Island. E eles acharam o que procuravam, uma pequena “mancha” de energia, com valor no entorno de 0,0002 Watts, ou seja, cerca da energia irradiada por um vagalume.
O feixe do RHIC para estes testes consistia de íons de Cobre, cada um portando 6,3 TeV de energia (cerca de 100 GeV por núcleon).
De acordo com o cientista do CERN, John Jowett, esta problemática classe de eventos, chamada de produção de par acoplado-livre (bound-free-pair production = BFPP, o “acoplado” se referindo ao elétron e o “livre” ao posítron) será muito mais formidável no LHC do que no RHIC.
Antes de mais nada, a produção de pares cresce em uma razão direta do número atômico do núcleo (ou a carga do núcleo, denotada pela letra Z) elevada à sétima potência. As colisões de íons pesados no LHC usarão feixes compostos de íons de Chumbo. Os núcleos mais carregados e as maiores energias (574 TeV por núcleo de Chumbo) significam que o processo de BFPP deverá ser 100.000 vezes mais intenso do que no teste do RHIC. Isso chegaria a cerca de 25 Watts, o equivalente a uma lâmpada de leitura. Não parece ser muita coisa mas, quando depositados nos magnetos ultra-resfriados (1,9°K) do LHC, poderia levá-los à beira da “saturação” que os tiraria de seu estado de supercondutor, interrompendo o funcionamento da colossal máquina. (Bruce et al., Physical Review Letters, 5 de outubro de 2007; mais dados disponíveis em:
arxiv.org/abs/0706.3356v2),
http://cern.ch/AccelConf/e04/PAPERS/MOPLT020.PDF,
e no Vol. I, Capítulo 21 do LHC Design Report)
RAIOS GAMA EM NUVENS DE TEMPESTADE foram observados por detectores com base em terra, o que provê novos enfoques para mecanismos para acelerar elétrons a altas energias, altas como 10 MeV, na atmosfera.
Observações de terra de raios gama em nuvens de tempestade foram feitas antes, como parte do monitoramento regular do funcionamento de usinas de energia nucleares. As novas medições, entretanto, representam a primeira vez que esses estudos dos raios gama foram realizados com objetivos científicos detalhados em mente, inclusive a determinação das espécies das partículas, direção de chegada e espectro de energia.
Na noite de 6 de janeiro de 2007 duas poderosas massas atmosféricas de baixa pressão colidiram sobre o Mar do Japão. Uma rede próxima de detectores de raios gama forneceu informações sobre a energia e o “timing” dos raios gama que são a mais alta categoria de radiação eletromagnética. Esta rede é operada pela Universidade de Tóquio e pelo Laboratório de Radiação Cósmica de RIKIEN, no Japão.
A produção de raios gama, acreditam os pesquisadores, funciona assim: um elétron-semente energético, provavelmente liberado de um átomo por um ráio cósmico invasor, ioniza várias moléculas de ar, que, por sua vez, são aceleradas pelos altos campos elétricos presentes nas nuvens de tempestade. Este enxame de elétrons rápidos pode, então, emitir radiação gama (bremsstrahlung, ou “radiação de frenagem”) à medida em que são freados pelo ar circundante. A produção de raios gama na verdade ocorre antes da queda do raio, diz Teruaki Enoto, da Universidade de Tóquio, e a razão para isso não é inteiramente conhecida.
A emissão de raios gama associados a nuvens de tempestade foi estudada anteriormente por satélites e só foram medidas em pulsos extremamente breves, com a duração de mseg. Em contraste, o trabalho Tóquio-RIKIEN indica um comportamento de emissão de rajadas que podem durar minutos, testemunho da natureza quase-estática dos mecanismos de aceleração que funciona dentro das nuvens. Os campos elétricos dentro das nuvens podem ser de até 10 milhões de Volts. (Tsuchiya et al., Physical Review Letters, artigo em publicação)
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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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