Physics News Update nº 853

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 853, de 11 de janeiro de 2008 por Phillip F. Schewe e Jason S. Bardi.
PHYSICS NEWS UPDATE
ESPECTROSCOPIA SEM PRECEDENTES, UTILIZANDO A MELHOR ESCALA JÁ FEITA PARA A LUZ.
Os físicos do NIST-Boulder realizaram um novo poderoso estudo espectroscópico de uma amostra de gás, utilizando pentes de freqüência. O trabalho do NIST, que pode, muito bem, modificar a maneira de fazer espectroscopia, é particularmente remarcável porque ele fornece o espectro completo do gás, em uma ampla região do espectro e com uma precisão de freqüência que pode chegar a 1 Hz (para freqüências de espectro da ordem de 2 x 1014 Hz).
O feito espectroscópico do NIST é equivalente a enviar, simultaneamente, 155.000 lasers individuais de freqüência singela através da amostra e medir a amplitude e o desvio de fase de cada laser individual. Além disto, o espectro é medido rapidamente, usando um dispositivo sem peças mecânicas móveis.
A invenção do processo de pente óptico de freqüência foi um grande passo adiante na tecnologia de laser. John Hall (NIST) e Ted Haensch (Max Planck) ganharam o Prêmio Nobel em 2005 por seu trabalho pioneiro nesta área. (Para um tutorial [em inglês, é claro] sobre pentes de freqüência, veja esta página do NIST)
No processo do pente, um laser de pulsos emite luz, não em uma única freqüência, mas em uma série de freqüências. Um espectro de freqüências desse laser composto se parece com um pente, com as emissões de luz em intervalos de freqüência regulares, que cobrem a faixa infravermelha do espectro eletromagnético [ou, como está virando moda dizer: “luz”]. O pente de freqüências é uma ferramenta ideal para a espectroscopia por várias razões. Sua luz cobre uma grande parte do espectro óptico e a freqüência de cada linha individual do pente pode ser conhecida com uma precisão de 1 Hz.
Quando se faz passar um pente de freqüências através de uma célula de gás, uma dada linha, tal como qualquer feixe laser, vai ser absorvida quando for ressonante com qualquer um dos vários níveis de energia quântica do gás. O desafio com os pentes de freqüências é descobrir quais dentre as cem mil linhas do pente são absorvidas e quais não são.
Para resolver este problema, os pesquisadores do NIST pegam o pente usado para a espectroscopia e o misturam com um segundo pente de freqüências cuidadosamente planejado. Este conjunto de pulsos de luz resulta em um pulso de “batimento de freqüência” que pode ser medido com dispositivos eletrônicos convencionais. A partir desse pulso de batimento de freqüência, a absorção e o desvio de fase de cada linha individual do pente podem ser observados separadamente. Este trabalho representa, de longe, o maior número de “dentes” em um pente de freqüências já observado individualmente.
A presente experiência do NIST procura pelos efeitos de absorção por um gás de 155.000 linhas do pente, intervaladas de 125 nm em comprimento de onda. A precisão de 1 Hz do NIST deve ser comparada com a precisão de dezenas de MHz que caracteriza outras técnicas de espectroscopia. Os pesquisadores do NIST acreditam que este novo trabalho pode mudar o modo de realizar espectroscopias. (Coddington, Swann, Newbury, Physical Review Letters, 11 de janeiro de 2008; este é um dos artigos em destaque pelos editores da PRL)
OCULTAMENTO ACÚSTICO.
Simulações em computador e o emprego da teoria de dispersão de ondas demonstraram que, ao contrário do anteriormente previsto, deve ser possível produzir uma cápsula tridimensional material, invisível para as ondas de som, analogamente ao “ocultamento óptico”, o processo pelo qual as ondas de luz são guiadas em torno de um objeto e re-focalizadas na outra ponta e na mesma direção (sem qualquer reflexão de luz que traia a posição) de forma a tornar o objeto “invisível”.
Um ocultamento óptico ainda não foi conseguido, porém os pesquisadores esperam ser capazes de fazê-lo. Pode a mesma coisa ser feita com ondas de som?
Em princípio, não há razão para que isso não possa ser feito. O líder de um grupo de cientistas que está examinando a questão, Steven Cummer da Duke University, diz que vários dos princípios que dizem respeito à canalização de ondas de luz em torno de um objeto, podem ser também aplicáveis a ondas de som. Certamente, existem diferenças. As ondas de som oscilam na direção de seu movimento, enquanto os campos elétrico e magnético que compõem as ondas de luz, oscilam perpendicularmente à direção de movimento da onda.
No caso óptico, o ocultamento vai requerer um material (na verdade um meta-material) específico, com um índice de refração altamente anisotrópico (que varie largamente de acordo com a direção através do material). Na prática, o índice de refração para ondas eletromagnéticas depende da permissividade, uma medida da resposta do material a um campo elétrico aplicado, e da permeabilidade, sua resposta a um campo magnético aplicado (para um relato sobre a demonstração de materiais com índice negativo, veja Boletim PNU n° 476, matéria n°1).
D([“mb”,”limitation of electromagnetic cloaking, he says, is that it requires\u003cbr /\u003eportions of the wave to move faster than the speed of light (in full\u003cbr /\u003eaccordance with special relativity); this can be done for very\u003cbr /\u003elimited frequency ranges but not for wider ranges, limiting the\u003cbr /\u003eapplicability of optical cloaking. \u0026nbsp;This limitation does not apply\u003cbr /\u003eto sound waves moving through matter. \u0026nbsp;Furthermore, the acoustic\u003cbr /\u003eproperties of most materials means that sound waves might not be\u003cbr /\u003eabsorbed as readily in acoustic cloaking as light waves are absorbed\u003cbr /\u003ein optical cloaking (in which case the cloaking would be something\u003cbr /\u003eless than perfect). \u0026nbsp;Applications of acoustic cloaking come easily\u003cbr /\u003eto mind:\u003cbr /\u003ehiding submarines from sonar, for example. \u0026nbsp;Another potential\u003cbr /\u003epractical application might be in architecture, where acoustic\u003cbr /\u003econsiderations (reducing noise) might not have to be sacrificed in\u003cbr /\u003ethe interest of structural integrity. \u0026nbsp;Among Cummer*s collaborators\u003cbr /\u003eare David Smith of Duke (one of the early pioneers in the field of\u003cbr /\u003enegative-index materials) and John Pendry of Imperial College (the\u003cbr /\u003eearly theorist of negative-index studies). \u0026nbsp;(Cummer et al., Physical\u003cbr /\u003eReview Letters, 11 January 2008; \u0026nbsp;considered an editor*s Suggested\u003cbr /\u003earticle in PRL)\u003cbr /\u003e\u003cbr /\u003e***********\u003cbr /\u003ePHYSICS NEWS UPDATE is a digest of physics news items arising\u003cbr /\u003efrom physics meetings, physics journals, newspapers and\u003cbr /\u003emagazines, and other news sources. \u0026nbsp;It is provided free of charge\u003cbr /\u003eas a way of broadly disseminating information about physics and\u003cbr /\u003ephysicists. For that reason, you are free to post it, if you like,\u003cbr /\u003ewhere others can read it, providing only that you credit AIP.\u003cbr /\u003ePhysics News Update appears approximately once a week.\u003cbr /\u003e\u003cbr /\u003eAUTO-SUBSCRIPTION OR DELETION: By using the expression\u003cbr /\u003e\u0026quot;subscribe physnews\u0026quot; in your e-mail message, you\u003cbr /\u003ewill have automatically added the address from which your\u003cbr /\u003emessage was sent to the distribution list for Physics News Update.\u003cbr /\u003eIf you use the \u0026quot;signoff physnews\u0026quot; expression in your e-mail message,\u003cbr /\u003ethe address in your message header will be deleted from the\u003cbr /\u003edistribution list. \u0026nbsp;Please send your message to:\u003cbr /\u003e\u003ca onclick\u003d\”return top.js.OpenExtLink(window,event,this)\” href\u003d\”mailto:listserv@listserv.aip.org\”\u003elistserv@listserv.aip.org\u003c/a\u003e\u003cbr /\u003e(Leave the \u0026quot;Subject:\u0026quot; line blank.)\u003cbr /\u003e\u003cbr /\u003e\u003c/div\u003e”,0] ); //–>Os equivalentes acústicos desses dois parâmetros são a densidade de massa e a compressibilidade (a resiliência) do fluido ambiente (usualmente ar ou água) no qual o objeto se encontra. Cummer diz que, a curto prazo, o ocultamento acústico pode ser mais prático do que o ocultamento óptico. Uma das limitações do ocultamento eletromagnético, declara ele, é que requer que partes da onda se movam mais rápido do que a velocidade da luz (em total concordância com a Relatividade Restrita); isto pode ser feito com amplitudes de freqüência muito limitadas, porém não para amplitudes maiores, o que limita a aplicabilidade do ocultamento óptico. Esta limitação não se aplica a ondas de som que se propagam pela matéria. Além disto, as propriedades acústicas da maior parte dos materiais significam que ondas de som podem não ser absorvidas tão prontamente como o são as ondas de luz no ocultamento óptico (caso no qual o ocultamento óptico seria menos do que perfeito).
As aplicações do ocultamento acústico vêm à mente facilmente: esconder submarinos do sonar, por exemplo. Outra aplicação prática potencial pode ser na arquitetura, onde considerações sobre a acústica (redução de ruídos) não precisarão ser sacrificados em favor da integridade estrutural. Entre os colaboradores de Cummer estão David Smith da Duke (um dos primeiros pioneiros no campo de materiais com índices negativos) e John Pendry do Imperial College (o teórico inicial dos estudos sobre índices negativos). (Cummer et al., Physical Review Letters, 11 de janeiro de 2008;
este é outro dos artigos em destaque pelos editores da PRL)


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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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