“Por dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (17/11/08)
Inside Science News Briefs
17 de novembro de 2008
Por Jim Dawson
Inside Science News Service
Nascimento de Nosso Sistema Solar Encontrado na Poeira de um Cometa
As concepções artísticas do nascimento de nosso Sol e de nosso Sistema Solar geralmente mostram uma nuvem gigante de poeira rodopiando na vastidão do espaço. Enquanto a poeira colapsa para dentro, ela começa a lampejar mais quente e mais brilhante, até que se cria uma bola de gás quente e densa que conhecemos como o Sol. Logo depois, na escala de tempo astronômica, se formam os planetas a partir da poeira e do gás que giram em torno do novo sol.
Tudo isso realmente aconteceu a cerca de 4,5 bilhões de anos atrás e os cientistas que estudaram três pequenos grãos do que pode ter sido parte dessa poeira original — retirada do cometa Wild 2 por uma espaçonave em 2004 — relatam que essa poeira é rica em cálcio e alumínio, dois dos primeiros minerais a se solidificarem na infância de nosso Sistema Solar. Os cientistas da Universidade de Chicago que estão realizando as pesquisas, batizaram as partículas de Inti, Inti-B e Inti-C, o nome do deus solar dos Incas. Os minerais contidos nas partículas, que são muito menores do que a espessura de um fio de cabelo humano, provavelmente se formaram bem no interior da nuvem de poeira primordial que criou o Sol.
Embora as partículas sejam interessantes em si próprias, elas levantaram a questão sobre como elas saíram do centro da nuvem primordial e foram parar em um cometa gelado que os cientistas acreditam ter-se formado nos limites externos do Sistema Solar. A existência das partículas no cometa indica que ou havia turbulência na nuvem d poeira original, ou que ocorreu um fenômeno chamado fluxo bipolar (veja uma imagem deste fenômeno aqui) no jovem Sol, aventou Steven Simon, um geofísico da Universidade de Chicago. Em um artigo publicado na edição de novembro de Meteoritics and Planetary Science, Simon e outros 11 cientistas dizem que a descoberta das partículas pode também indicar que temos que repensar como se formam os cometas.
“Porque eles [os cometas] são carregados de gelos, nós sempre pensamos que eles são objetos do Sistema Solar Exterior”, declarou o geofísico Lawrence Grossman, um co-autor do estudo. “Mas pode ser que os gelos dos cometas tenha se formado muito mais perto, depois que a parte interior da nebulosa solar se resfriou, e incorporado o material de alta temperatura que se formou antes”. Existe, ainda, uma outra possibilidade, dizem os cientistas: talvez o material no cometa tenha se formado em torno de outra estrela, uma similar ao Sol, e vindo à deriva até as bordas externas de nosso Sistema Solar.
Tudo isso a partir de três grãos de poeira.
A Vida Anda Complicada? Durma um pouco.
Embora a ciência esteja longe de realmente entender o real papel do sono em nossas vidas, psicólogos da Universidade de Chicago acabam de publicar uma pesquisa que demonstra que o sono ajuda a mente a aprender tarefas complexas e ajuda as pessoas a se lembrarem como realizarem essas tarefas, depois que elas esqueceram como fazê-las. O teste envolveu ensinar a grupos de estudantes do nível médio como jogar video games complicados e testar, depois, quantas habilidades eles se lembravam e quantas eles tinham esquecido. A diferença nos escores dos grupos foram correlacionados entre o grupo que tinha dormido entre o aprendizado e o jogo, e o que não tinha dormido. “Os pesquisadores demonstraram, pela primeira vez, que pessoas que tinham ‘esquecido’ como realizar uma tarefa complexa 12 horas depois do treinamento, descobriam que essas capacidades ficavam restauradas após uma noite de sono”, declara um press release da Universidade de Chicago.
“O sono consolidou o aprendizado, restaurando o que tinha sido perdido durante o decurso de um dia após o treinamento e protegendo o que tinha sido aprendido contra perdas subseqüentes”, afirmou o psicólogo Howard Nusbaum. “Estas descobertas sugerem que o sono tem um importante papel no aprendizado de habilidades em geral, estabilizando e protegendo a memória”.
Os 200 estudantes envolvidos no estudo tinham pouca experiência com video games, declararam os pesquisadores. Os estudantes eram submetidos a um teste preliminar para estabelecer seu nível inicial de performance nos jogos e, então, eram ensinados a jogar. Um grupo era treinado de manhã e testado 12 horas depois, permanecendo acordados por todo o tempo. Outro grupo era treinado de manhã e testado na manhã seguinte. Dois outros grupos eram treinados à tarde e então testados 12 e 24 horas depois, respectivamente. Ambos os grupos eram deixados dormir depois do treinamento.
Os estudantes que foram testados 12 horas depois, sem dormir, viram seus escores cairem em 50% com relação aos escores obtidos logo após o treinamento. Os que tiveram uma noite de sono tiveram uma melhora de 10% em seus escores. Os que foram treinados à tarde e deixados dormir antes de serem testados novamente, viram melhorias similares em seus escores.
Nusbaum argumenta que, durante o sono, as distrações do dia são purgadas “e o cérebro fica pronto para realizar seu trabalho”. A pesquisa foi publicada na corrente edição de Learning and Memory.
Aprender de Novo é Mais Fácil
Os cientistas do Instituto Max Planck de Neurobiologia em Martinsried, Alemanha, descobriram que é mais fácil reaprender algo que já se soube e se esqueceu, do que aprender algo novo. Os pesquisadores já sabiam há muitos anos que o aprendizado ocorre e as memórias são criadas quando as células nervosas no cérebro fazem novas conexões entre si. Esses pontos de contato são chamados “sinapses” e permitem que a informação seja transferida de uma célula para a seguinte. Quando a conexão é rompida, a memória também é. “Nós esquecemos o que aprendemos”, dizem os pesquisadores.
Os cientistas queriam saber o que acontece no cérebro quando este aprende alguma coisa, esquece e, então, tem que aprender novamente. Monitorando o desenvolvimento das células em um cérebro, enquanto uma informação visual era enviada, então bloqueada e, depois, enviada novamente depois de vários dias, os pesquisadores perceberam que, quando as conexões entre os nervos erm rompidas, as células que mantinham a “memória” da informação original continuavam, mas eram postas fora do circuito. Quando as imagens retornavam, em lugar de usar células novas, o cérebro simplesmente religava as antigas.
“Uma vez que uma experiência que tenha ocorrido [dentro do cérebro] pode acontecer outra vez em uma ocasião posterior”, alega o pesquisador chefe Mark Hubener, “o cérebro aparentemente opta por reservar algumas ligações [sinapses] para um caso de necessidade”. Hubener e os outros pesquisadores no projeto afirmaram que isto é uma importante informação para a compreensão dos “processos fundamentais do aprendizado e da memória”.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
“Por dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (12/11/08)
Inside Science News Service
12 de novembro de 2008
Altos Padrões de Vida, mas com Menos Energia
Relatório faz Recomendações para a Economia de Energia em Edifícios e Automóveis
Por Phillip F. Schewe
Colaborador do ISNS
Usar a energia de maneira sábia vai ajudar a encher seu bolso, proteger o meio ambiente e, talvez, melhorar a segurança nacional — isto de acordo com um novo relatório sobre eficiência energética emitido pela Sociedade Americana de Física (American Physical Society = APS), a principal organização de físicos nos EUA. O relatório, que contempla o aumento da eficiência energética nos setores de transportes e da construção civil, faz diversas recomendações específicas para políticas, tais como conseguir independência dos combustíveis fósseis em novas construções até 2030; alcançar um rendimento de 35 milhas por galão (cerca de 15 km/l) para automóveis e caminhonetes até 2020 e de 50 milhas por galão (cerca de 21,5 km/l) até 2030; diminuir o consumo de energia per capita por todo o país; e aumentar a quantidade de dinheiro investido pelo governo federal em pesquisas sobre energia, até chegar aos patamares de 1980.
O presidente do comitê que preparou o relatório, Burton Richter, um cientista em Stanford e ganhador de um Nobel de Física, diz que estamos agora em uma era de instabilidade energética. Porém, diferentemente das crises anteriores, tais como a que atingiu os EUA em 1979, os atuais problemas energéticos provavelmente serão de longo prazo. A dependência americana de petróleo importado é muito maior do que era há 30 anos, existe uma competição com economias em desenvolvimento — especialmente a China e a Índia — por fontes de energia e, atualmente, temos consciência de um problema praticamente desconhecido em 1979, mais exatamente a ameaça ao clima criada pelas massivas emissões de dióxido de carbono.
De algumas formas, as coisas vão melhor do que há 30 anos. Os EUA, através de grandes melhoramentos na produtividade, foram capazes de cortar pela metade a quantidade de energia necessária para a produção de cada unidade do Produto Interno Bruto (PIB). Essas são as boas notícias. As más notícias são que os EUA ainda usam mais energia per capita do que qualquer outro país, exceto o Canadá. Os custos rapidamente crescentes dos combustíveis, a importação massiva de petróleo de lugares instáveis ao redor do globo e as preocupações de que a continuada dependência de combustíveis fósseis estejam alterando o clima, tudo isso realça a necessidade de aumentar a eficiência.
A eficiência energética é a quantidade de energia que alimenta um dispositivo, seja uma lâmpada ou um veículo, que realmente resulta no efeito desejado, tal como a produção de luz ou o movimento. A geração de energia elétrica em uma usina, por exemplo, é em média de 33% de eficiência. Somente cerca de um terço da energia contida em um certo peso de carvão se torna eletricidade; o resto se perde como calor.
Em seu exame do uso de energia no setor da construção, o estudo sobre eficiência da APS afirma que, por volta do ano de 2020, será economicamente factível construir prédios residenciais que não necessitem de consumo de combustíveis fósseis, exceto em climas muito quentes e úmidos. Tais “edifícios de energia-zero” (“zero-energy buildings”, ou ZEB) pode ser feito principalmente com tecnologia já existente, através de uma enorme diminuição na quantidade de energia necessária para aquecer e iluminar o edifício, e através de um maior emprego de fontes de energia renováveis, tais como painéis solares o topo. Muitos experts em energia abraçaram esta meta e até o Departamento de Energia do Governo dos EUA declarou que a construção de ZEB deve ser a meta para a construção de novos prédios do governo federal.
Diminuir a dependência dos edifícios comerciais do consumo intenso de energia é mais difícil do que o caso dos edifícios residenciais, por causa das diferenças de tamanho, formato e das demandas colocadas sobre os sistemas de aquecimento/refrigeração e iluminação. Porém, argumenta o relatório da APS, até com edifícios comerciais se pode chegar a zerar as necessidades de consumo de combustíveis fósseis por volta do ano de 2030.
Entretanto, para atingir essas metas, será necessário realizar muito mais pesquisa sobre energia. O relatório demonstra que o aumento de recursos só precisa chegar ao ponto que existia em 1980. As pesquisas naquele tempo levaram a um importante aumento nos padrões de eficiência. Por exemplo, as lâmpadas fluorescentes compactas e os refrigeradores atualmente usam apenas um quarto da energia em comparação com os modelos disponíveis há 30 anos. Os aparelhos de ar condicionado são duas vezes mais eficientes do que os de 1980. Esses melhoramentos dramáticos do uso de energia poderiam ser mantidos, argumentam vários experts, mas somente se um programa coordenado de pesquisas energéticas for posto em ação. Os melhoramentos se auto custearão na forma de menores contas de combustível.
A eficiência pode continuar a melhorar? Não teremos chegado ao ponto de extrair toda a eficiência possível? Bem, a Europa usa aproximadamente metade da energia elétrica per-capita da América, com a mesma qualidade de vida. Um menor consumo de energia pode ser possível nos EUA? Já é. O consumo per-capita de energia na Califórnia, cerca de metade da média nacional, vem se mantendo no mesmo patamar nos últimos 30 anos, principalmente por causa de um ambicioso programa de padrões para eletrodomésticos e outras inovações nos projetos de edifícios.
No fronte dos transportes, o relatório da APS reclama por melhores padrões de rendimento para carros e caminhonetes: uma frota com um consumo médio de 15 km/l até 2020 e 20 km/l até 2030. O relatório declara que as metas para 2020 são factíveis com os conhecimentos atuais de projetos, mas a meta para 2030 necessitará de esforços coordenados de pesquisa adicionais. Especialmente na área de baterias, que teriam que ser muito mais econômicas em termos de preços e capacidade de armazenagem de energia, os níveis de pesquisas e incentivos para a comercialização precisam ser aumentados.
O relatório sobre a energia da APS também deixa claro que, ao mesmo tempo que se deve avançar na pesquisa de componentes energéticos específicos, tais como baterias, eletrodomésticos, ou automóveis, é igualmente importante custear a pesquisa básica, o tipo de trabalho que resulta em novos conhecimentos fundamentais sobre novos tipos de materiais e processos de conversão de energia — e pesquisas aplicads de longo prazo que freqüentemente não é contemplada no orçamento federal de pesquisa e desenvolvimento.
Uma cópia do relatório pode ser obtida em: www.aps.org/energyefficiencyreport
Phillip F. Schewe é um escritor de ciências do Instituto Americano de Física e autor de “The Grid: A Journey Through the Heart of Our Electrified World” (National Academies Press, 2007).
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
Boas vibrações das estrelas (calma!… é astronomia, mesmo!)
Via EurekAlet:
American Association for the Advancement of Science
As boas vibrações das estrelas vizinhas
Dados de Satélite lançam novas luzes sobre a superfície do Sol na Science
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Imagem do céu no entorno de uma das três estrelas consideradas no artigo, HD49933. |
Alguns dos primeiros dados coletados pelo telescópio espacial CoRoT, lançado em desembro de 2006, trouxeram informações valiosas acerca das vibrações físicas e caracterísitcas das superfícies das estrelas próximas, que são similares às de nosso Sol, dizem os pesquisadores. Esta informação nova ilustra o grande valor das observações realizadas por observatórios espaciais e fornece aos astrônomos novas idéias sobre o interior de nosso Sol, de outras estrelas e sobre a evoclução geral de nossa galáxia.
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Illustração de uma oscilação estelar global vibrando todo o interior da estrela e, desta forma, trazendo informações sobre ele. A cor amarela se refere às maiores variações de temperatura devidas às oscilações. |
O relatório mencionado será publicado na edição de 24 de outubro da Science como matéria de capa. A Science é uma publicação da AAAS, a sociedade científica sem fins lucrativos.
O Dr. Eric Michel do Observatório de Paris-LESIA-CNRS e um grande grupo de colegas de toda a Europa e América do Sul analisaram os dados do satélite CoRoT para estabelecer que todas as três estrelas próximas, todas elas siginificativamente mais quentes que nosso Sol, também têm vibrações, ou oscilações. maiores also e uma textura de superfície, ou granulação, bem mais fina. Com esses dados nunca antes obtidos, os pesquisadores demonstram que as oscilações das estrelas são cerca de 1,5 vezes mais vigorosas do que as do Sol e sua granulação é cerca de três vezes mais fina. As oscilações observadas, embora muito mais intensas que as do Sol, ainda são cerca de 25% mais fracas do que a maioria dos modelos previam.
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Ilustração do satélite CoRoT. |
Esses resultados (que são um novo marco) representam a primeira vez que os pesquisadores foram capazes de medir com precisão a amplitude das oscilações e obter as assinaturas granulares de estrelas do universo, além de nosso próprio Sol.
A descoberta inicial das oscilações de nosso Sol, no final da década de 1970, levou à criação da “sismologia solar”, que, desde então, foi usada para medir o movimento e o transporte do calor dentro do Sol. A sismologia solar levou a um rápido progresso na compreensão da estrutura interna do Sol, mas, com o tempo, os pesquisadores encontraram uma parede. Medições acuradas de oscilações do tipo Solar necessitam da coleta de dados precisos, vindos de longas e ininterruptas seqüências de observações, o que torna o estudo com base na superfície da Terra impraticável.
“Embora a energia vinda do Sol seja mais ou menos constante ao longo de nossas vidas, até variações muito pequenas em sua vazão podem ter importantes efeitos”, explica Brooks Hanson, editora-assistente de ciências fíicas da Revista Science . “Compreender essas variações pequenas é um passo crítico para, por exemplo, predizer tempestades solares e o clima espacial, bem como para a resolução das causas das mudanças no clima da Terra… Essas observações [feitas por Michel e seus colegas], e as que virão no futuro, vão fornecer dados essenciais para aumentar nossa compreensão do interior do Sol e das estrelas em geral”.
As descobertas apresentadas por Michel et al. são baseadas nas curvas de luz obtidas pelo satélite CoRoT por um período de 60 dias e auxiliam a refinar nossa compreensão das estrelas e do Sol. Esses resultados “nos permitem colocar nosso Sol dentro do quadro maior da evolução de nossa galáxia e do universo local”, declara Ian Osborne, editor-senior da Revista Science.
A Associação Americana para o Progresso da Ciência (American Association for the Advancement of Science = AAAS) é a maior sociedade científica do mundo e publica a revista Science (www.sciencemag.org).A AAAS foi fundada em 1848 e serve a 262 sociedades afiliadas e academias de ciências, alcançando 10 milhões de pessoas. Science tem o maior número de assinantes e eventuais leitores entre todas as publicações de ciências, com revisão-por-pares, em todo o mundo, com um número estimado de leitores na casa de 1 milhão. A AAAS (www.aaas.org) (organização sem fins lucrativos) está aberta a todos e raliza sua missão de “promover o avanço das ciências e servir à sociedade” através de iniciativas na política de ciências; programas internacionais; educação científica; e mais. Para as mais recentes notícias sobre pesquisas científicas, procure o EurekAlert!, www.eurekalert.org, o serviço de notícias científicas número um e um serviço da AAAS.
Physics News Update nº 876
POR DENTRO DA PESQUISA CIENTÍFICA — PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de notícias sobre pesquisas do Instituto Americano de Física, nº 876 de 23 de outubro de 2008. www.aip.org/pnu
USANDO A LUZ SOLAR DE MANEIRA MAIS EFICIENTE.
Pesquisadores no Laboratório Nacional de Energia Renovável (National Renewable Energy Laboratory = NREL) em Golden, Colorado, desenvolveram uma maneira para que as células solares de baixo custo convertam a luz solar em eletricidade de maneira mais eficiente. A pesquisa, que aumenta a “vida útil” dos elétrons criados em uma célula solar, de forma a que eles possam produzir mais eletricidade, é um possível passo na direção de diminuir o custo relativamente alto das células solares. Reduzir os custos enquanto se mantém a eficiência é o principal fator para determinar quando a energia solar vai se tornar uma fonte de destaque no negócio de geração de energia.
Em geral, se pode ter boa eficiência ou baixo custo, mas não ambos. A eficiência se refere à fração da energia solar que incide sobre o painel, que realmente acaba convertida em eletricidade utilizável. E o custo se refere às despesas na produção em massa dos painéis em grandes folhas. Células solares já são usadas em mercados restritos, tais como geração de energia para sensores remotos ou naves espaciais. e vêm sendo cada vez mais empregados em aplicações domésticas e em aparelhos.
A maior parte dessas células solares são feitas de cristais de silício. Mas para que haja uma adoção em larga escala, o preço tem que diminuir. Atualmente, o custo do quilowatt-hora para a energia elétrica gerada por luz solar é várias vezes maior do que o custo de produzir a mesma energia com a queima de combustíveis fósseis. As células solares imitam a natureza na maneira com que convertem a energia solar em energia útil. Em uma folha verde, por exemplo, a luz solar incidente libera um elétron em uma molécula de clorofila. O elétron (e sua energia) são passados adiante pela molécula, eventualmente sendo incorporado na construção de moléculas maiores, tais como um carboidrato. Em uma célula solar, a luz solar incidente libera um elétron de um pedaço de semicondutor. Esse elétron “excitado”, se permanecer excitado, pode ser incorporado em uma corrente elétrica que alimenta um circuito externo, onde ele pode ser encaminhado a uma bateria ou à rede elétrica. Quanto maior for o tempo de vida do elétron excitado, maior será a eficiência da célula solar. Infelizmente, os elétrons tendem a perder energia quando encontram um defeito ou uma fronteira nos cristais que constituem a célula solar.
Até agora, para obter uma maior vida útil em estado excitado e obter maior eficiência, as células solares tinham que ser feitas de materiais cristalinos mais caros, tais como silício e arseniato de gálio. Essas células solares precisam de um processamento complexo para serem construídas e esses custos não parecem ter meios de serem reduzidos. Enquanto isso, células solares mais baratas, feitas de finas camadas de materiais multi-cristalinos, tais como compostos feitos de átomos de cobre, irídio, gálio e selênio (CIGS), não são nem de perto tão eficientes.
A pesquisa se focalizou em aumentar a vida útil dos elétrons em células solares feitos de multi-cristalinos CIGS, e no artigo sobre a pesquisa, os cientistas do NREL Wyatt Metzger, Ingrid Repins e Miguel Contreras anunciaram que conseguiram uma vida útil para os elétrons de 250 bilionésimos de segundo. Isso não soa como um tempo longo, mas é longo o bastante para que mais elétrons contribuam para a eletricidade da célula, tornando-a dramaticamente mais eficiente, embora ainda barata em comparação com as células solares de alta eficiência feitas de silício. Os resultados foram recentemente publicados em Applied Physics Letters. (Phillip F. Schewe)
FEIXES “BUCKY”.
Uma vez que os manufatores de nanochips tenham feito suas estruturas multi-camadas, é necessário que eles também verifiquem precisamente se as camadas estão dispostas da maneira adequada.. Uma maneira de o fazer é disparar feixes de íons que, como meteoritos que atingem a Lua, ejetem o material que está por baixo, dando as informações sobre as camadas abaixo da superfície. O material ejetado é analisado por espectrometria de massa. Parece que para fazer isso, moléculas grandes ou aglomerados de átomos funcionam melhor do que íons de um único átomo, uma vez que os aglomerados podem escavar mais claramente e fornecer sinais sem ambiguidade da estrutura profunda da amostra que está sendo imageada. O laboratório de Nick Winograd (nxw@psu.edu) da Universidade Penn State foi a pioneira no uso de feixes de moléculas de carbono-60 (buckyballs). (Veja este site para imagens que ilustram a diferença entre a sondagem feita com feixes de átomos isolados e com C60: http://nxw.chem.psu.edu/nxw/pdf%5C327.pdf). . Recentemente, Winograd e seus estudantes aumentaram muito a sensibilidade da detecção do material ejetado, usando um laser infravermelho para fotopolarização, antes da análise pelo espectrômetro de massa. O laser infravermelho é eficaz porque os elétrons podem ser retirados das moléculas com alta eficiência, através de tunelamento e sem uma fotofragmentação significativa. (Resultados apresentados nesta semana no encontro da AVS em Boston, http://www.avssymposium.org/overview.asp, Artigo AS-TuM10)
CAPTURAR MOLÉCULAS ISOLADAS,
a temperatura ambiente e estudar suas propriedades, foi o que conseguiu Adam Cohen e seus colegas em Harvard. Isolar uma molécula de cada vez já é difícil em temperaturas baixas, e mais ainda em temperaturas mais altas, onde as moléculas ficam mais agitadas. O feito foi realizado com o emprego de uma armadilha anti-browniana eletrocinética (Anti-Brownian Electrokinetic (ABEL). Neste dispositivo, a molécula rotulada com uma fosforescência é seguida por um microscópio e fluorescência e seu movimento instantâneo é freado mediante a aplicação, cuidadosamente temporizada, de pequenos pulsos elétricos, aplicados por a eletrodos que circundam a amostra. Na verdade, os eletrodos são mantidos a alguma distância da molécula, que é o melhor para não poluir o ambiente aquoso com efeitos químicos.
Os chutes eletrônicos são dados na molécula ao longo de micro-canais em um chip subjacente. Quanto mais rápido este processo puder ser aplicado, melhor será a captura. Uma armadilha ABEL pode segurar uma amostra menor, à temperatura ambiente, melhor do que qualquer outro tipo de armadilha. Para prender uma molécula ao mesmo diminuto volume de solução com um feixe de laser somente, precisa de uma enorme quantidade de energia, e isso iria “cozinhar” o objeto, mais do que aprisioná-lo. A armadilha ABEL é suave e precisa de meros microwatts de potência laser. Cohen (cohen@chemistry.harvard.edu) discorreu acerca da aplicação deste processo para a dinâmica de proteínas de membranas no encontro da AVS desta semana. (http://www.avssymposium.org/overview.asp — website de Cohen: https://www2.lsdiv.harvard.edu/labs/cohen/ Artigo IPF-MoM1 )
CORREÇÃO: No PNU nº 875, o trabalho de Jun Ye foi incorretamente chamado de o melhor relógio atômico do mundo. De fato, o relógio de estrôncio de Ye é um dos mais precisos jamais produzidos. Ele é o melhor relógio atômico neutro, porém os dois relógios iônicos do NIST (mercúrio e alumínio) são melhores.
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PHYSICS NEWS UPDATE é um apanhado de notícias vindas de congressos de física, publicações diversas de física e outras fontes de notícias. É distribuído de graça como um meio de disseminar informações sobre a física e os físicos. Por isso sua divulgação é livre, desde que devidamente concedido o crédito à Associação Americana de Física. 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.
Ciência e Ficção Científica (segundo o Instituto Americano de Física)
22 de outubro de 2008
OS “CARAS DA CIÊNCIA” DA SÉRIE “FRINGE” FALAM MAIS DE CIÊNCIA MESMO DO QUE DE FICÇÃO CIENTÍFICA
Por Emilie Lorditch
Contribuidor do ISNS
COLLEGE PARK, Maryland (21 de outubro de 2008) — Algumas vezes os fatos científicos são ainda mais estranhos do que a ficção científica… Como os “caras da ciência” da nova série de thriller de ficção científica da FOX, “FRINGE” (literalmente: “fímbria”), Rob Chiappetta e Glen Whitman, sabem melhor do qualquer um.
A série “FRINGE” levam os espectadores em viagens fantásticas se valendo de ciências que tradicionalmente ficam na “fímbria” da ciência tradicional, coisas como “controle da mente” e “teletransporte”. Porém, com toda a pesquisa que anda sendo realizada nesses campos, muitas das idéias para os roteiros da série são, na verdade, arrancadas de jornais e revistas de ciência.
“Nós começamos procurando por idéias a partir dos títulos de uma revista científica ou da notícia do estabelecimento de um novo fundo de pesquisas, e pensamos: qual seria o próximo passo ou até onde podemos esticar as fronteiras?”, explicou Whitman. “Por exemplo, no terceiro episódio, um dos personagens estava recebendo mensagens telepáticas em seu cérebro e, na segunda feira, antes do episódio ir ao ar, nós vimos um artigo no website da CNN que explicava como o Exército dos EUA estava desenvolvendo um capacete que usava ondas cerebrais para auxiliar a comunicação entre os soldados”.
Whitman e Chiappetta são “consultores de media”, não cientistas, e, embora eles já tenham sido consultores de várias séries de TV, eles observam que suas habilidades vêm da curiosidade e da pesquisa em publicações científicas e na imprensa popular, não de uma formação formal. Chiappetta é formado em Direito pela Universidade do Texas e Whitman é PhD em economia pela Universidade de Nova York.
“Ambos já fomos consultores para Roberto Orci [um dos co-criadores da série “FRINGE]” em vários projetos ao longo desses anos, da série “Alias”, passando por “Transformers”, até “Star Trek” ” , disse Whitman . “Para a série “FRINGE”, como parte de nossa estratégia para conseguir o emprego na série, nós criamos um arquivo artigos de ciência e tecnologia que pensamos que poderiam inspirar bons roteiros. Quando fomos empregados, o arquivo contava com várias centenas de artigos e nós nos tínhamos tornado familiarizados com os recentes desenvolvimentos no mundo da ciência. O papel de “caras da ciência” sobrou naturalmente para nós”.
Com uma série que muda a cada semana, os dois nunca sabem o que terão que aprender a seguir. “Em uma semana nós estávamos debruçados sobre as publicações e procurando tudo sobre neurociência e, na próxima, estávamos aprendendo tudo sobre hormônios”, relatou Chiappetta. “Temos que aprender um bocado e bem rápido, e grande parte da informação nem é usada, mas os roteiristas realmente apreciam nossas pesquisas, o que é bacana”.
“Várias vezes nós temos uma cena onde alguma coisa tem que acontecer e nós temos que bolar como isso poderia ser cientificamente explicado”, contou Whitman. “Então, nós aparecemos com três idéias e os roteiristas escolhem”.
Até os roteiristas da série estão entusiasmados com a pesquisa científica. “É claro que já tínhamos um certo interesse pelos tópicos da ciência para a série, mas, agora, os roteiristas realmente abraçaram o conceito da série”, contou Whitman. “Agora, as mesas estão cobertas de exemplares de Wired, Discover e Seed”.
Um dos roteiristas veio contar para a equipe sobre um cientista que estava usando células de cérebro de ratos para controlar um rato-robô por controle remoto. Embora a formação de Whitman tenha sido em economia, matemática e estatística, ele encontra uma forte afinidade com a neurociência. “Glen sabe dizer qual parte do cérebro regula qual função”, disse Chiappetta.
Por sua vez, Chiappetta diz ter crescido lendo Nature, Science e National Geographic, e focalizou seu trabalho mais sobre tecnologia e telecomunicações. “Nós encontramos exemplos, todos os dias, onde as fímbrias da ciência que aparecem na série são discutidas”, disse ele. “Como aquele físico do CERN no programa “60 Minutes” falando do Large Hadron Collider, e, quando perguntaram a ele qual poderia ser uma aplicação prática da pesquisa do LHC, ele respondeu que, talvez daqui a dez anos — teletransporte”.
Embora as idéias na série possam ir além da pesquisa científica corrente, essas idéias ainda têm que parecer plausíveis. “Se ainda não aconteceu, ainda tem que ser razoável”, disse Chiappetta. “Em tanto quanto a gente dê um pouco de explicação acerca da ciência e mostre a possibilidade”. “Nós conversamos muito acerca de ‘dar base sólida a uma idéia’ ”. declarou Whitman. “Isso quer dizer aparecer com uma explicação real para a coisa”.
Um dos temas subjacentes da série é que a ciência pode ser empregada para o bem ou para o mal e que o cientista tem uma responsabilidade para com esse poder. “A ciência é feita por pessoas e para pessoas; os cientistas lidam com problemas reais e aparecem com soluções reais”, argumenta Whitman. “Nossa esperança é podermos trazer esta ciência marginal para o centro das atenções, pelo menos nas mentes do público em geral e fazê-los conversar sobre o assunto na hora do cafezinho”.
Chiappetta e Whitman ambos admitem que o trabalho é sempre empolgante. “Nós descobrimos que podemos ter idéias grandes e malucas”, disse Whitman. “Nós adoramos isso”.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
Mulheres e minorias étnicas nos EUA estão estudando mais física
INSIDE SCIENCE NEWS SERVICE
17 de outubro de 2008
Atualmente as Mulheres e Estudantes das Minorias Ampliam suas Participações em Cursos de Física
Por Sam Ofori
Inside Science News Staff
As mulheres e estudantes oriundos de minorias étnicas, tradicionalmente mal representados, vêm cobrindo com sucesso o fosso existente nos cursos avançados de física das “high school”, relata o Instituto Americano de Física em uma pesquisa recentemente publicada. As aulas de física nas “High school” que, historicamente, tinham um maior percentual de estudantes homens, agora estão apresentando quantidades iguais de ambos os sexos.
As aulas de física também receberam uma porcentagem de cerca de 25%, tanto de afro-americanos, como de hispano-americanos, uma percentagem recorde e um salto de dois dígitos a partir dos números registrados em 1990, de acordo com o relatório.
O relatório também observa que mais estudantes, no todo, estão se inscrevendo para cursos de física nas “high school”. Em 2005, um terço dos alunos seniors tinham assistido a ao menos um curso de física, antes da formatura. Isto é um aumento significativo, comparado com 20 anos atrás, quando apenas um em cada cinco estudantes cursava aulas de física nas “high schools”.
Na pesquisa, estudantes afro-Americanos eram 23% dos estudantes de física e os hispano-americanos 24%. Em 1990, cada um desses grupos tinha uma presença de cerca de 10% em aulas de física.
Além disso, o número de estudantes que têm aulas de física avançada quase triplicou nos últimos quinze anos. O relatório também descobriu que mais de 70% dos atuais professores de física “high schools” têm graduação em física ou grande experiência em ensino de física, ou ainda, ambos.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
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Explicações do Tradutor:
A “High School” americana corresponde ao 2º Grau no ensino brasileiro. Só que o sistema, lá, funciona de forma mais parecida com nossas Faculdades (“créditos”). Há “matérias obrigatórias” e “matérias eletivas” e você pode obter uma “graduação em High School” (mais ou menos equivalente ao Certificado de Conclusão do 2º Grau) direcionada para um futuro curso superior ou mesmo um grau profissionalizante.
Então um “High School Graduate” não tem que, necessariamente, estudar física e, mesmo que tenha que cursar física, não precisa de “física avançada” (Em compensação, o histórico escolar e as matérias nele inclusas são determinantes para a aceitação de um estudante para o curso de graduação em nível superior; dito de outra forma, lá não há “vestibular”: há um sistema algo semelhante ao que se quer fazer do ENEM no Brasil).
Trocando em miúdos: mais estudantes estão se inscrevendo para “física avançada” e mais dentre eles são mulheres ou minorias étnicas, em um campo tradicionalmente dominado pelos WASP.
Um dado desta notícia contrasta com o dado constante em outro boletim ISNS da mesma data, sobre as políticas educacionais dos candidatos à Presidência dos EUA: este afirma que há um número adequado de professores de física devidamente qualificados, embora não o ideal, enquanto o outro pinta um quadro mais sombrio. O que este, na realidade, quer dizer “com experiência no ensino de física” é algo nebuloso… Provavelmente se refere àquelas “licenciaturas alternativas”, mencionadas no outro boletim (algo como engenheiros e outros profissionais com boa formação em física, suficiente para dar aulas no 2º grau).
Diversos termos constantes do texto original em inglês não correspondem a coisa alguma existente no Brasil, por exemplo: the number of students taking advanced physics (an honors, advanced placement, or second-year course) e eu tive que recorrer ao Daniel Doro Ferrante para conseguir compreender a que o texto se referia.
Physiscs News Update nº 875
AVISO AOS LEITORES: É uma repetição da mesmíssima matéria já publicada no ISNS de 10/10/2008… 😥
POR DENTRO DA PESQUISA CIENTÍFICA — PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de notícias sobre pesquisas do Instituto Americano de Física, nº 875 de 15 de outubro de 2008. www.aip.org/pnu
MOLÉCULAS ULTRA-FRIAS.
Pela primeira vez conseguiu-se combinar átomos em moléculas firmemente ligadas e em números suficientes, em temperaturas próximas do zero absoluto. Isto é uma boa notícia para os cientistas que esperam obter um maior controle sobre as reações químicas básicas e para aqueles que querem construir um novo tipo de computador, baseado no misterioso comportamento quântico.
Os átomos são os componentes básicos da matéria comum, mas em nosso dia-a-dia a maior parte das coisas — plásticos, água, ar e até nossos próprios corpos — são feitos de moléculas, combinações de dois ou mais átomos, de forma que é importante estudá-las também. Realizar testes com um alto nível de detalhamento freqüentemente envolve manter as partículas em um receptáculo pequeno, o que é o melhor para poder observá-las, e resfriá-las a temperaturas muito baixas, para conseguir medições de suas propriedades com precisão.
Isto é relativamente fácil de fazer com átomos, porém difícil, com moléculas. Isto se dá porque as moléculas, com diversas peças internas, ficam serpenteando em complexas combinações de rotação e vibração. Elas também podem se romper.
Em várias experiências novas, moléculas, cada uma consistindo de dois átomos, se mantiveram juntas por mais tempo do que nas experiências anteriores e com uma densidade maior, o que permitiu que as moléculas fossem estudadas com maiores detalhes. O truque aqui é, primeiro, resfriar átomos isolados e, então, convertê-los em moléculas igualmente frias, juntando os átomos com o emprego conjunto de pulsos de laser e forças magnéticas. As moléculas criadas estão tão frias que ficam praticamente em repouso e se mantém na menor condição de energia possível, uma na qual elas não giram, nem vibram.
Nas experiências anteriores também se conseguiu moléculas frias, mas o processo produziu somente moléculas bem separadas e fracamente ligadas que rapidamente se rompiam. Além disso, a nova pesquisa converte átomos em moléculas de maneira mais eficiente, com índices de sucesso de até 90%.
Os cientistas recorreram às moléculas ultra-frias e ultra-lentas porque uma molécula praticamente em repouso provavelmente irá se comportar de acordo com o tipo de regras quânticas usadas nos atuais produtos eletrônicos mais rápidos. As medições em uma molécula em repouso serão menos nebulosas do que as obtidas de uma molécula serpenteando por aí. A temperatura usada na experiência do consórcio JILA do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade do Colorado em Boulder, e outro, realizado na Universidade de Innsbruck na Áustria, foi de apenas alguns bilionésimos de grau acima do zero absoluto (a menor temperatura possível permitida pela física), ou cerca de -273ºC. Esta é quase que a mesma temperatura mais baixa existente no Sistema Solar. Até o espaço entre os planetas é mais quente do que no dispositivo de aprisionamento nesses laboratórios.
Os átomos tem um formato esférico simples, enquanto que as moléculas com dois átomos parecem mais com bolas de futebol americano ou com halteres. Moléculas com mais átomos são ainda mais complicadas. Por causa dessa complexidade, as moléculas podem ser mais difíceis de estudar — elas são difíceis de pegar uma de cada vez. Porém, os cientistas esperam que essa complexidade possa ser explorada para a fabricação de novos materiais com novas propriedades, ou na produção de novas formas de computação ou comunicação.
As moléculas usadas na experiência de Boulder foram feitas com um átomo de potássio ligado a um átomo de rubídio. Muito embora a molécula como um todo seja eletricamente neutra, uma pequenina carga negativa tende a se formar em uma das extremidades da molécula e uma pequenina carga positiva na outra extremidade. Esse arranjo é chamado de dipolo elétrico. Exemplos comuns dessas moléculas “polares” incluem a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Moléculas polares, com suas cargas com uma separação minúscula, podem ser controladas por pequenos eletrodos nas proximidades. Por isto, as moléculas polares são usadas em coisas tais como mostradores de relógios de pulso e telas de TV.
Na experiência de Innsbruck, os átomos que foram resfriados não ficaram se movendo ao léu, como em um gás; ao contrário, foram confinados em posições predeterminadas, como se fossem peças em um tabuleiro de xadrez em três dimensões. Esse confinamento especial, realizado com feixes de laser que rstringiam a movimentação dos átomos, criou um arranjo de átomos em suspensão em um espaço, um tipo de material artificial diluído, chamado de uma grade óptica. Na verdade, o entrecruzamento dos feixes de laser foi disposto de forma a assentar dois átomos (do elemento rubídio) em cada “casa” do “tabuleiro de xadrez”. Outra maneira de visualizar a disposição dos átomos no espaço é pensar nelas como encaixadas nas cavidades de uma bandeja de ovos. (ver figura). A partir disso, são aplicados outros campos magnéticos e os pares de átomos levam um “empurrão” para se tornarem moléculas.
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Na Universidade de Innsbruck os átomos de rubídio são mantidos em uma grade óptica, criada pelo entrecruzamento de feixes de laser que mantém os átomos em posição, de maneira semelhante a ovos em uma bandeja especial. As moléculas fracamente ligadas (esquerda) com dois átomos de Rb pode ser feita por “armadilhas” magnéticas a temperaturas de nK. Quando um outro campo de ondas de rádio é aplicado, as moléculas se tornam mais fortemente ligadas (direita). |
O físico de Innsbruck, Johannes Denschlag, gosta de comparar cada espaço na grade a um “nano-tubo de ensaio”, uma pequena zona menor do que um milionésimo de metro (micrômetro), onde as reações químicas ocorrem com poucos átomos de cada vez. Não só isto, como a reação pode ser completamente contolada e a força da interação pode ser ajustada. Na experiência de Innsbruck as moléculas não são polares. Em lugar disso, elas se comportam como pequenos magnetos. E isso dá aos pesquisadores um outro processo (com o emprego de pequenos magnetos próximos0 para controlar a química a nível atômico.
Na experiência de Boulder, as moléculas ultra-frias são produzidas em um estado fundamental, o mais baixo e mais estável dos estados de energia possíveis. As moléculas são empacotadas neste estado com uma denisdade recorde, mais de um bilhão por centímetro cúbico. Como essas moléculas são polares, os cientistas podem contolá-las com eletrodos e talvez mesmo codificar informação nas moléculas. E, uma vez que as moléculas ficam tão juntas, uma meta importante seria a realização de atividades de micro-processamento, deixando as moléculas interagirem entre si de maneira controlável. Isto, por sua vez, ajudaria a tornar possível um computador quântico em escala nanoscópica, capaz de realizar certos cálculos, tais como realizar buscas em grandes bases de dados ou fatorar números grandes em seus componentes, muito mais rapidamente do que os computadores digitais convencionais.
Um dos cientists de Boulder, Jun Ye, diz que este controle sem prcedentes sobre as moléculas pode tabém permitir o desenvolvimento de um controle de tempo mais preciso do que é feito com os atuais relógios atômicos. Anteriormente, neste ano ainda, Ye participou da manufatura do relógio mais preciso jamais construído.
Os resultados do NIST foram publicados em uma recente edição da revista Science, enquanto os resultados de Innsbruck apareceram na Physical Review Letters. (Phillip F. Schewe)
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PHYSICS NEWS UPDATE é um apanhado de notícias vindas de congressos de física, publicações diversas de física e outras fontes de notícias. É distribuído de graça como um meio de disseminar informações sobre a física e os físicos. Por isso sua divulgação é livre, desde que devidamente concedido o crédito à Associação Americana de Física. 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.
“Por dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (13/10/08)
Inside Science News Briefs
13 de outubro de 2008
Por Jim Dawson
Inside Science News Service
O Aquecimento Global está criando oceanos mais barulhentos
Na medida em que os oceanos da Terra absorvem quantidades maiores de dióxido de carbono da atmosfera, gerada por atividades humanas, eles se tornam mais ácidos e mais barulhentos, de acordo com os pesquisadores do Instituto de Pesquisa do Aquário da Baía de Monterey, em Moss Landing, Califórnia. Seu estudo, publicado recentemente no Geophysical Research Letters, diz que o aumento no barulho corresponderá à capacidade do som de percorrer uma distância até 70% maior na água do mar acidificada, por volta de 2050. Isto pode aumentar muito a capacidade dos mamíferos marinhos em se comunicar a longas distâncias, mas também pode aumentar o nível de ruído de fundo com o qual os mesmos mamíferos têm que conviver. Os químicos de oceanos já sabia, há anos, que a absorção de sons na água do mar se modifica com a química da água, de acordo com a pesquisa da União Geofísica da América (AGU). A absorção de sons envolve várias interações químicas, algumas entendidas, outras não, mas o padrão básico, de acordo com os pesquisadores, é quanto mais ácida estiver a água, menos sons de média e baixa freqüência ela vai absorver. A acidez crescente, causada pela mudança no pH da água do mar, à medida em que ela remove o carbono da atmosfera, terá seus maior efeito na faixa dos sons abaixo de cerca de 3.000 ciclos por segundo, a faixa que inclui a maior parte dos sons de baixa freqüência usados pelos mamíferos marinhos para descobrir alimento e parceiros. De acordo com a AGU, essa faixa também inclui os sons submarinos gerados pelas atividades industriais e militares, bem como barcos e navios. “As águas na parte mais rasa do oceano estão passando, atualmente, por uma transição extraordinária em seu estado químico fundamental em um passo nunca antes visto na Terra por milhões de anos e os efeitos são sentidos não somente como impactos biológicos, porém também nas propriedades geo9físicas básicas, inclusive na acústica dos oceanos”, escrevem em seu artigo os pesquisadores, chefiados pelo Dr Keith Hester. {Nota do tradutor: já divulgado neste Blog, no post “Ensurdecendo as Baleias“]
O Aquecimento está empurrando os animais do Yosemite para altitudes maiores
Os cientistas que foram atualizar uma pesquisa de 1918 dos pássaros, mamíferos, répteis e anfíbios da Sierra Nevada no Parque Nacional de Yosemite, descobriram que o aquecimento global está causando grandes mudanças no território de pequenos mamíferos, forçando muitos deles a buscar terrenos mais altos e mais frios. O estudo, realizado por biólogos da Universidade da Califórnia em Berkeley, descobriu que animais tais como musaranhos, ratos e esquilos se moveram para terrenos mais altos, essencialmente fazendo com que as espécies se misturem em um único lugar qualquer. “Nós não viemos estudar os efeitos das mudanças climáticas, mas para ver o que havia mudado e por que”, desde que a pesquisa já com 90 anos de idade foi completada, disse Craig Moritz, diretor do Museu de Zoologia de Vertebrados da UC Berkeley. “No entanto, a descoberta mais dramática … foi essa mudança das espécies para terrenos mais altos. Quando nos perguntamos: ‘O que mudou?’, a resposta veio no meio de nossa cara: o clima!” Moritz disse que o aquecimento generalizado no Yosemite ocorreu nos anos recentes, como fica patente de uma elevação de cerca de 3ºC nas temperaturas mínimas noturna e pelo retraimento das geleiras e o aumento da precipitação de chuva, em lugar de neve. Os pesquisadores descobriram que, dos 28 pequenos mamíferos observados na área do estudo, metade deles expandiu seu território para cima em mais de 480 metros. A mudança de territórios das espécies é algo que sempre aconteceu, diz o biólogo James Patton da UC Berkeley, mas a velocidade com que isto aconteceu com as espécies do Yosemite, em resposta ao aquecimento, “nos faz parar para refletir”.
O relógio circadiano é crítico para a capacidade de lembrar
A maior parte das pessoas toma consciência de seus relógio interno circadiano quando atravessa vários fusos horários e experimenta o que se chama de “jet lag”, porém os cientistas já sabiam, há décadas, que o ritmo interno do relógio humano regula quase todos os sitemas biológicos, da pressão sanguínea ao desejo sexual. Agora, os pesquisadores da Universidade Stanford demonstraram que, quando o sistema circadiano é rompido, a memória vai junto. Em um artigo publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences, o biólogo Norman Ruby descobriu que os hamsters com sistemas circadianos desabilitados não eram capazes, diferentemente dos hamsters “normais”, de reconhecer seu ambiente. “Eles não conseguem se lembrar de coisa alguma”, disse Ruby acerca dos hamsters. Os cientistas há muito tempo suspeitavam que o aprendizado e a memória poderiam ser relacionados com diferentes níveis de função cerebral, ou de vigilância, que muda ao longo do dia devido ao ritmo circadiano normal, porém ainda não havia sido demonstrado que o sistema circadiano era crucial para o aprendizado e a memória. Ruby descobriu que o aprendizado e a memória parecem depender da substância neuro-química GABA, que é encontrada nos cérebros de todos os animais. O GABA, que inibe a atividade cerebral, é ritmadamente liberado pelo corpo de acordo com o relógio circadiano que controla os ciclos de vigília e sono. Quando Ruby deabilitou o relógio dos hamsters, manipulando sua exposição à luz, os hamsters experimentaram níveis cronicamente altos de GABA e praticamente perderam sua capacidade de se lembrar. As descobertas têm implicações para pessoas com a Síndrome de Down, que crescem com o que vem a ser um cérebro super-inibido, de acordo com a pesquisa. Isto pode ter também implicações para o declínio da memória que os adultos mais velhos freqüentemente experimentam. “Nos humanos idosos, uma das coisas mais importantes que acontece é que o sistema circadiano começa a degradar e se rompe”, diz Ruby. “Pode ser que a degradação dos ritmos circadianos as pessoas idosas contribua para seus problemas com memórias recentes”.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
“Por dentro da ciência” do Instituto Americano de Física (10/10/08)
10 de outubro de 2008
Cientistas Criam Moléculas Ultra-Frias
Aprendendo mais acerca das moléculas, pondo-as em armazenagem profunda
Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service
Os cientistas conseguiram, pela primeira vez, um tipo de “química artificial”, mantendo juntos com sucesso átomos em temperaturas extremamente baixas, por um período de tempo recorde. Anteriormente, as tentativas de manter os átomos juntos só tinha resultado em moléculas de curta vida e fracamente ligadas. Essas são boas notícias para os cientistas que esperam obter um maior controle sobre as reações químicas básicas e para os que querem construir um novo tipo de computador, um baseado no misterioso comportamento quântico.
O que é melhor, as moléculas ultra-frias foram produzidas em dois diferentes laboratórios, um no consórcio JILA do National Institute of Standards and Technology (NIST) e da Universidade do Colorado em Boulder, e outra na Universidade de Innsbruck na Áustria. Os resultados do NIST foram publicados em uma edição recente da revista Science, enquanto que os resultados de Innsbruck apareceram na Physical Review Letters.
Os átomos são os constituintes básicos da matéria comum, porém em nosso dia-a-dia a maior parte das coisas — plásticos, água, ar, até nossos corpos — são feitos de moléculas, combinações de dois ou mais átomos, de forma que é importante estudá-las também. Para realizar os estudos, os físicos prendem as partículas em um recipiente muito pequeno e as resfriam até temperaturas muito baixas. Isso é relativamente fácil de fazer com átomos, mas difícil de fazer com moléculas. Isto porque as moléculas, que têm várias partes constituintes, se retorcem em combinações complexas de rotação e vibração. Elas também podem se romper e são difíceis de serem isoladas, uma de cada vez.
As experiências mostraram que as moléculas, cada uma composta por dois átomos, se mantém unidas por mais tempo do que nas experiências anteriores e com uma densidade maior, o que permite que elas sejam estudadas mais detalhadamente. Nas experiências anteriores também se conseguia moléculas frias, porém o processo só produzia moléculas fracamente unidas que rapidamente se rompiam. Além disso, a nova pesquisa converte átomos em moléculas de maneira mais eficiente, com até 90% de sucesso.
Os cientistas recorrem a moléculas ultra-frias e ultra-lentas porque uma molécula em repouso provavelmente vai se comportar mais de acordo com as regras quânticas usadas nos atuais produtos eletrônicos mais rápidos. O truque aqui é primeiro esfriar átomos isolados e então convertê-los em moléculas igualmente frias, juntando os átomos com o emprego conjunto de pulsos de laser e forças magnéticas. As moléculas são tão frias que ficam praticamente em repouso, um estado onde não apresentam vibração, nem rotação.
Medições realizadas em uma molécula em repouso saem mais nítidas do que as feitas em uma molécula se retorcendo. A temperatura usada foi de uns poucos bilionésimos de grau acima do zero absoluto (a menor temperatura possível) ou cerca de -273ºC. Isso está na faixa das temperaturas mais baixas encontradas no Sistema Solar. Até o espaço entre os planetas é mais quente do que o dispositivo-armadilha desses laboratórios.
Na experiência de Innsbruck, os átomos a serem resfriados não são deixados ao léu, como em um gás; ao contrário, são fixados em localizações pré-definidas como em um tabuleiro de xadrez microscópico tridimensional. Esse confinamento especial, realizado com feixes de laser que gentilmente impedem que os átomos se mexam, cria uma arranjo de átomos que flutuam no meio do ar, um tipo de material diluído artificial chamado de grade óptica. Na verdade, os feixes de laser entrecruzados são dispostos de tal maneira que dois átomos (do elemento rubídio) ficam em cada “casa” do “tabuleiro de xadrez”. Uma outra forma de visualizar a disposição espacial dos átomos é pensar neles como alojados nos receptáculos de uma bandeja de ovos. Então, aplicando-se campos magnéticos adicionais, o par de átomos leva um empurrão para se tornar uma molécula.
O físico de Innsbruck Johannes Denschlag gosta de pensar em cada ponto da grade como um “nano-tubo-de-ensaio”, uma zona minúscula menor do que um milionésimo de metro (um micrômetro) de dimensões, onde as reações químicas podem acontecer com poucos átomos de cada vez. Não só isso, como também a reação pode ser completamente controlada e a força da interação pode ser ajustada. Na experiência de Innsbruck as moléculas se comportaram como minúsculos magnetos. E isso dá aos pesquisadores um outro processo (com o uso de pequenos magnetos nas proximidades) para controlar a química ao nível de átomos.
As moléculas usadas na experiência de Boulder eram feitas de um átomo de potássio, unido a um átomo de rubídio. Muito embora essa molécula seja, no total, eletricamente neutra, uma pequena carga negativa tende a se acumular em uma extremidade da molécula, enquanto se forma uma pequena carga positiva na outra. Esse arranjo é conhecido como um dipolo elétrico. Os exemplos comuns de tais moléculas “polares” incluem a água, feita de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Moléculas polares, que têm sua diminuta separação de cargas, podem ser controladas por pequenos eletrodos nas proximidades. Por isso, as moléculas polares aparecem em componentes tais como mostradores de relógios de pulso e televisores.
Na experiência de Boulder, as moléculas ultra-frias foram produzidas no mais baixo e mais estável dos possíveis estados de energia. Neste estado, as moléculas ficam enclausuradas em alta densidade. Como as moléculas são polares, os cientistas podem controlá-las com eletrodos e, talvez, até codificar informações nas moléculas. E, uma vez que as moléculas estão tão próximas entre si, uma meta importante será a realização de atividades de micro-processamento, deixando que as moléculas interajam entre si de maneira controlável. Isso, por sua vez, ajudaria a tornar possível um computador quântico na escala nanoscópica, capaz de realizar certos cálculos, tais como buscas em grandes bases de dados ou na fatoração de grandes números, muito mais rápido do que os computadores digitais convencionais.
Um dos cientistas de Boulder, Jun Ye, diz que o controle, sem precedentes, sobre as moléculas pode também permitir o desenvolvimento de controles de tempo melhores do que os atuais relógios atômicos. Neste mesmo ano Ye já tinha participado da fabricação do relógio mais preciso jamais produzido.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
“Por dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (07/10/08)
7 de outubro de 2008
A COMPREENSÃO DE NOSSO UNIVERSO ASSIMÉTRICO DÁ O PRÊMIO NOBEL DE FÍSICA PARA TRÊS CIENTISTAS
Laureados pesquisaram o motivo da natureza ser assimétrica e por que o universo é principalmente constituído por matéria.
Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service
O Prêmio Nobel de Física de 2008 foi concedido para Yoichiro Nambu da Universidade de Chicago, Makoto Kobayashi do Laboratório da Organização de Pesquisa do Acelerador de Altas Energias no Japão e Toshihide Maskawa da Universidade de Kyoto por seu trabalho em busca da explicação do motivo pelo qual a natureza é tão intrigantemente irregular. O trabalho ganhador do prêmio enfatiza especialmente a questão de por que parece haver muita matéria no universo, mas tão pouca antimatéria.
O coração do trabalho dos três físicos é o conceito de simetria — uma característica familiar do mundo natural. O rosto humano é simétrico: o lado esquerdo parece uma imagem no espelho do lado direito. Um floco de neve tem uma simetria sextavada: gire-o um sexto de círculo e ele parecerá o mesmo.
A simetria é importante na natureza, mas a quebra da simetria também. De fato, um dos desdobramentos de significância mais profunda na história do universo envolve uma quebra de simetria. Nós devemos nossa existência à quebra que ocorreu nos instantes que se seguiram ao “Big Bang”. O trabalho dos três físicos japoneses (Nambu mais tarde se tornou um cidadão americano) explica alguns dos modos mais fundamentais de como se quebra essa simetria.
De acordo com o assim chamado “Modelo Padrão da Cosmologia”, os cientistas suspeitam que, nas frações de segundo iniciais após o “Big Bang”, só havia uma Força Física que governava a matéria. Mais tarde, na medida em que o universo se expandia e se resfriava, e muito antes das primeiras estrelas nascerem, essa Força Unificada se separou em quatro: gravidade, que mantém os planetas em órbita em torno do Sol; a Força Eletromagnética, que mantém os átomos unidos e governa os raios de luz; e as duas misteriosas Forças que atuam dentro do núcleo de cada átomo e regulam, entre outras coisas, como o Sol produz sua energia. O trabalho de Nambu, apresentado no início da década de 1960, forneceu algo da estrutura matemática para compreender como essas forças se desgrudaram umas das outras.
Outras formas de simetria regulam — ou deveriam regular — as interações microscópicas entre as partículas. Por exemplo, os cientistas por muito tempo acreditaram que a natureza não deveria discriminar entre a direita e a esquerda, para cima e para baixo, ou para a frente ou para trás no tempo. Nesses aspectos da realidade, a natureza deveria ser simétrica. Nos assuntos humanos, é claro, isso não é verdade. Todos nós fazemos essas distinções. Mas, no nível fundamental de prótons e elétrons, os cientistas esperavam que a simetria fosse a norma.
A simetria entre direita e esquerda, ou de modo mais abrangente, a idéia que a física em nosso mundo seria a mesma que em um mundo no espelho onde tudo estivesse ao contrário, da esquerda para a direita e de cima para baixo, foi posta à prova nos anos 1950. A maior parte dos cientistas naquela época ficou surpresa em saber que essa simetria de espelho (o termo técnico é “paridade”, ou simplesmente “P”) não era um princípio sagrado, afinal. No decaimento de um tipo particular de núcleo, a natureza parecia diferenciar a esquerda da direita. A simetria de espelho não era, afinal, respeitada pela natureza, enfim.
Os cientistas também sentiam que as leis da física deveriam ser simétricas com respeito a um princípio chamado de simetria de carga, ou, abreviadamente, C. A simetria de carga diz que mesmo que se substitua todas as partículas em uma dada situação por suas contrapartes de antimatéria (digamos, substituir um próton por um antipróton), o resultado continuaria a ser o mesmo. Isto é o que os cientistas esperavam, porém, mais tarde, a proposição da simetria de carga também foi demonstrada como errada.
No início da década de 1970, Kobayashi e Maskawa apresentaram uma explicação de por que as simetrias P e C, juntas, deveriam ser quebradas. E, ao fazerem isso, eles usaram algumas das idéias antigas propostas pelo eminente físico russo e ganhador do Prêmio Nobel da Paz, Andrei Sakharov, para predizer que o pequeno desbalanceio entre as simetrias de espelho e da carga poderiam explicar porque a quantidade de matéria no universo era maior do que a de antimatéria.
Sempre que um próton se encontra com um antipróton acontece uma explosão, propunha Sakharov, uma aniquilação mútua. Se houvesse um bilhão de antiprótons e um bilhão e um prótons, somente esse próton a mais sobreviveria à destruição. Somente esse pequeno excesso de matéria sobre a antimatéria é o que existe atualmente. De forma que se pode dizer que a existência das estrelas comuns, de nosso planeta e de nós próprios, se deve a essa preferência da natureza pela matéria. E isso, por sua vez, depende crucialmente dessa pequena assimetria no coração do universo.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
