Physics News Update n° 787
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 787, de 2 de agosto de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
UM ENFOQUE TIPO “GOOLGE” PARA MAMOGRAFIAS, acelera buscas por computador de “uma segunda opinião” da interpretação de imagens dos seios. Da mesma forma que uma busca “Google” inicialmente retorna uma listagem dos websites que ela escolhe como sendo os que contêm as informações mais importantes e úteis sobre as palavras digitadas na busca, os pesquisadores médicos querem acelerar a busca por computador por nódulos nos seios com aparência suspeita. Georgia Tourassi e seus colegas na Universidade de Duke empregam um sistema de busca, tipo “Google”, que pode recuperar informações úteis de bases de dados de imagens de mamografias, sempre crescentes, mais rapidamente do que antes. Cada vez mais usadas em conjuntos clínicos, a Detecção Assistida por Computadores de Bases de Conhecimentos (em inglês, knowledge-based computer-assisted detection (KB-CAD), comparam a imagem de uma mamografia com as de casos conhecidos de câncer de mama, a fim de auxiliar os radiologistas em seus diagnósticos. Quando um caso novo e desconhecido é apresentado para análise, o sistema KB-CAD compara este caso com as imagens de mamografia na base de dados. Se o caso desconhecido é suficientemente semlhante a um caso conhecido de câncer de mama, isto sugere a presença do câncer. Tradicionalmente, os sistemas KB-CAD comparam a imagem de mamografia que está sendo investigada com todas as imagnes de câncer de mama existentes em uma base de dados no computador. Embora produza diagnósticos precisos, esta prática se torna ineficiente, na medida em que as bases de dados aumentam em tamanho. Uma quantidade maior de imagens fornece mais informações para a análise pelo sistema, mas a comparação uma a uma com todas as imagens, se torna ineficiente. Portanto, os pesquisadores da Duke incorporaram um sistema adicional, tipo “Google”. Eles comparam a mamografia selecionada apenas às imagens selecionadas como as mais cotadas pelo conteúdo da informação. A seleção dos casos de mamografias mais informativos é realizada com base em uma estratégia conhecida como “entropia de imagem”. A entropia de imagem representa a medida de desordem ou complexidade na imagem. Uma imagem que seja totalmente preta ou branca tem uma entropia zero. Uma imagem de um tabuleiro de xadrez tem uma baixa entropia – ela contém um número igual de pixels claros e escuros. Imagens complexas com distribuições mais uniformes de diversos níveis de intensidade de pixels, têm maior entropia e são consideradas mais informativas no contexto do sistema de Duke. Entretanto, o tecido normal dos seios pode ser tão complexo como um tumor. De acordo com Tourassi, que relatou seus resultados no encontro desta semana da American Association of Physicists in Medicine (Associação dos Físicos na Medicina da América), em Orlando, esta é, precisamente, a razão porque o diagnóstico de mamografias é uma tarefa tão desafiadora. O processo da Duke inclui, também, casos normais em seu processo de tomada de decisões. Aplicado a uma base de dados existente de 2.300 imagens de mamografias, o processo da Duke compara a amostra de mamografia a 600 imagens estimadas como as mais informativas. Isto reduz o tempo que o sisitema CAD leva para analisar a mamografia em um quarto, menos de 3 segundos por pesquisa. No ano seguinte, os pesquisadores esperam estender seu estudo-piloto com uma investigação mais abrangente, para avaliar o impacto clínico desse novo processo. (Documento do encontro: TU-D-330A-8, aqui o resumo; e aqui a sala de imprensa virtual)
OS SOMBRIOS LAGOS DE TITAN. Imagens anteriores, obtidas pela sonda espacial Huygens e as novas imagens obtidas pela nave Cassini, sugerem a presença de lagos de alta latitude em Titan, a grande lua de Saturno. titan possui uma substância, metano, que, tal como a água na Terra, pode existir nas fases sólida, líquida ou gasosa. Entretanto, Titan é tão fria – cerca de 179°C na superfície – grande parte desse metano fica na atmosfera, que é dez vezes mais densa do que a da Terra. Não obstante, ao menos lagos parcialmente líquidos devem existir e as novas imagens de radas tiradas pela Cassini apoiam esta idéia. Dúzias de lagos de hidrocarbonos foram localizados, alguns com até 62 milhas. Nos anos seguntes, na medida em que a rotação sazonal de 30 anos trouxer o hemisfério Norte de Titan para o verão, a liquidificação dos lagos deve ficar ainda mais aparente. (Nature, 27 de julho de 2006.)
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 787, de 2 de agosto de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
UM ENFOQUE TIPO “GOOLGE” PARA MAMOGRAFIAS, acelera buscas por computador de “uma segunda opinião” da interpretação de imagens dos seios. Da mesma forma que uma busca “Google” inicialmente retorna uma listagem dos websites que ela escolhe como sendo os que contêm as informações mais importantes e úteis sobre as palavras digitadas na busca, os pesquisadores médicos querem acelerar a busca por computador por nódulos nos seios com aparência suspeita. Georgia Tourassi e seus colegas na Universidade de Duke empregam um sistema de busca, tipo “Google”, que pode recuperar informações úteis de bases de dados de imagens de mamografias, sempre crescentes, mais rapidamente do que antes. Cada vez mais usadas em conjuntos clínicos, a Detecção Assistida por Computadores de Bases de Conhecimentos (em inglês, knowledge-based computer-assisted detection (KB-CAD), comparam a imagem de uma mamografia com as de casos conhecidos de câncer de mama, a fim de auxiliar os radiologistas em seus diagnósticos. Quando um caso novo e desconhecido é apresentado para análise, o sistema KB-CAD compara este caso com as imagens de mamografia na base de dados. Se o caso desconhecido é suficientemente semlhante a um caso conhecido de câncer de mama, isto sugere a presença do câncer. Tradicionalmente, os sistemas KB-CAD comparam a imagem de mamografia que está sendo investigada com todas as imagnes de câncer de mama existentes em uma base de dados no computador. Embora produza diagnósticos precisos, esta prática se torna ineficiente, na medida em que as bases de dados aumentam em tamanho. Uma quantidade maior de imagens fornece mais informações para a análise pelo sistema, mas a comparação uma a uma com todas as imagens, se torna ineficiente. Portanto, os pesquisadores da Duke incorporaram um sistema adicional, tipo “Google”. Eles comparam a mamografia selecionada apenas às imagens selecionadas como as mais cotadas pelo conteúdo da informação. A seleção dos casos de mamografias mais informativos é realizada com base em uma estratégia conhecida como “entropia de imagem”. A entropia de imagem representa a medida de desordem ou complexidade na imagem. Uma imagem que seja totalmente preta ou branca tem uma entropia zero. Uma imagem de um tabuleiro de xadrez tem uma baixa entropia – ela contém um número igual de pixels claros e escuros. Imagens complexas com distribuições mais uniformes de diversos níveis de intensidade de pixels, têm maior entropia e são consideradas mais informativas no contexto do sistema de Duke. Entretanto, o tecido normal dos seios pode ser tão complexo como um tumor. De acordo com Tourassi, que relatou seus resultados no encontro desta semana da American Association of Physicists in Medicine (Associação dos Físicos na Medicina da América), em Orlando, esta é, precisamente, a razão porque o diagnóstico de mamografias é uma tarefa tão desafiadora. O processo da Duke inclui, também, casos normais em seu processo de tomada de decisões. Aplicado a uma base de dados existente de 2.300 imagens de mamografias, o processo da Duke compara a amostra de mamografia a 600 imagens estimadas como as mais informativas. Isto reduz o tempo que o sisitema CAD leva para analisar a mamografia em um quarto, menos de 3 segundos por pesquisa. No ano seguinte, os pesquisadores esperam estender seu estudo-piloto com uma investigação mais abrangente, para avaliar o impacto clínico desse novo processo. (Documento do encontro: TU-D-330A-8, aqui o resumo; e aqui a sala de imprensa virtual)
OS SOMBRIOS LAGOS DE TITAN. Imagens anteriores, obtidas pela sonda espacial Huygens e as novas imagens obtidas pela nave Cassini, sugerem a presença de lagos de alta latitude em Titan, a grande lua de Saturno. titan possui uma substância, metano, que, tal como a água na Terra, pode existir nas fases sólida, líquida ou gasosa. Entretanto, Titan é tão fria – cerca de 179°C na superfície – grande parte desse metano fica na atmosfera, que é dez vezes mais densa do que a da Terra. Não obstante, ao menos lagos parcialmente líquidos devem existir e as novas imagens de radas tiradas pela Cassini apoiam esta idéia. Dúzias de lagos de hidrocarbonos foram localizados, alguns com até 62 milhas. Nos anos seguntes, na medida em que a rotação sazonal de 30 anos trouxer o hemisfério Norte de Titan para o verão, a liquidificação dos lagos deve ficar ainda mais aparente. (Nature, 27 de julho de 2006.)
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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 n° 786
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 786, de 25 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
TRANSISTOR QUÍMICO. Um novo dispositivo, o equivalente químico de um transistor, pode tornar possível a detecção ultrasensível biomédica de antígenos isolados. As coisas que costumamos associar com transistores, a abertura ou fechamento de um interruptor ou a amplificação de um sinal, são, normalmente, realizados por meio da injeção de um pequeno sinal elétrico em um eletrodo de porta, o qual, então, modifica o ambiente de uma região de canalização próxima. Isto permite que uma corrente seja interrompida ou amplificada. Em uma experiência realizada por físicos da Universidade da Califórnia em Irvine, as mesmas coisas são realizadas através de reações químicas. Philip Collins e seus colegas usam nanotubos de carbono como a substância funcional central de seu dispositivo. Os nanotubos, imersos em um líquido, pode ser mudado de um estado condutivo para um estado isolador por meio de sua oxidação – os seja, pela remoção química dos elétrons livres. As reações químicas são disparadas pela aplicação de um potencial elétrico, ao longoda área de integração (ver figura em www.aip.org/png/2006/262.htm ). O que os pesquisadores de Irvine mostram é que este processo pode ser realizado de modo reversível e em curtos períodos de tempo, tão rápidos como 10 microssegundos. Isto é bastante lento, em comparação dos padrões atuais dos transistores; a promessa mais importante para os projetados transistores químicos de efeito de campo (chemical field effect transistors = ChemFETs) reside nas amplificações potencialmente grandes. Parece que a mera oxidação de uns poucos elétrons pode ser utilizada para comutar correntes da magnitude de microamperes. Em um futuro biodetector, esse chavamento seria ativado, não por um sinal eletroquímico aplicado, mas pelos traços da presença de antígenos que se ligassem a anticorpos anexados aos nanotubos. Em detectores anteriores, a ativação química necessitava de dezenas de antígenos; aqui um único antígeno pode ser suficiente para modificar o estado do nanotubo. (Mannik et al., Physical Review Letters, 7 de julho de 2006; website do laboratório: www.physics.uci.edu/~collinsp/)
AUMENTO DA PROBABILIDADE DE UM CHOQUE COM UM ASTERÓIDE. Tudo o que você queria ficar sabendo! Que a probabilidade de um choque entre a Terra e um asteróide é aumentada pela mútua atração gravitacional entre os dois corpos. A fómula para esse aumento é demonstrada em um novo artigo do físico James Van Allen, da Universidade de Iowa, o mesmo homem que, meio século atrás, predisse a existência (mais tarde confirmada) de cinturões de radiação de partículas de plasma. O aumento da seção transversal da probabilidade de colisão, que Van Allen admite ignorar as forças adicionais exercidas pelo Sol e outros planetas do Sistema Solar, é igual a 1 mais o quadrado da razão entre a velocidade de escape para o planetas (Van Allen calculou o caso para a Terra, Marte, Júpiter e Saturno) e a velocidade de aproximação do asteróide (começando de bem longe).(American Journal of Physics, agosto de 2006)
TEMPESTADES NA ÁSIA BALANÇAM A TERRA. O eixo da Terra passa por vários deslocamentos cíclicos, tais como a Precessão dos Equinócios que dura cerca de 26.000 anos. Recentemente os dois deslocamentos mais importantes inadvertidamente se cancelaram mutuamente, permitindo aos geofísicos medir outros deslocamentos mais sutís que, normalmente, seriam difíceis de detectar. As duas oscilações maiores são a Oscilação de Chandler (cuja origem não é bem conhecida) e a oscilação causada pelas variações climáticas anuais. Seus efeitos combinados, normalmente, fazem o eixo de rotação se deslocar cerca de 10 metros. Mas de dezembro de 2005 a fevereiro de 2006, seu mútuo anulamento reduziu a excursão do eixo para menos de 1 metro. Isto permitiu que cientistas belgas estudassem forças menores e menos fortes, cujas atuações puderam ser brevemente medidas. Os cientistas viram sinais do que eles acreditam ser uma influência na oscilação da Terra, dia a dia, ocasionada por tempestades sobre a Ásia e a Europa do Norte. (Geophysical Research Letters, julho de 2006)
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 786, de 25 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
TRANSISTOR QUÍMICO. Um novo dispositivo, o equivalente químico de um transistor, pode tornar possível a detecção ultrasensível biomédica de antígenos isolados. As coisas que costumamos associar com transistores, a abertura ou fechamento de um interruptor ou a amplificação de um sinal, são, normalmente, realizados por meio da injeção de um pequeno sinal elétrico em um eletrodo de porta, o qual, então, modifica o ambiente de uma região de canalização próxima. Isto permite que uma corrente seja interrompida ou amplificada. Em uma experiência realizada por físicos da Universidade da Califórnia em Irvine, as mesmas coisas são realizadas através de reações químicas. Philip Collins e seus colegas usam nanotubos de carbono como a substância funcional central de seu dispositivo. Os nanotubos, imersos em um líquido, pode ser mudado de um estado condutivo para um estado isolador por meio de sua oxidação – os seja, pela remoção química dos elétrons livres. As reações químicas são disparadas pela aplicação de um potencial elétrico, ao longoda área de integração (ver figura em www.aip.org/png/2006/262.htm ). O que os pesquisadores de Irvine mostram é que este processo pode ser realizado de modo reversível e em curtos períodos de tempo, tão rápidos como 10 microssegundos. Isto é bastante lento, em comparação dos padrões atuais dos transistores; a promessa mais importante para os projetados transistores químicos de efeito de campo (chemical field effect transistors = ChemFETs) reside nas amplificações potencialmente grandes. Parece que a mera oxidação de uns poucos elétrons pode ser utilizada para comutar correntes da magnitude de microamperes. Em um futuro biodetector, esse chavamento seria ativado, não por um sinal eletroquímico aplicado, mas pelos traços da presença de antígenos que se ligassem a anticorpos anexados aos nanotubos. Em detectores anteriores, a ativação química necessitava de dezenas de antígenos; aqui um único antígeno pode ser suficiente para modificar o estado do nanotubo. (Mannik et al., Physical Review Letters, 7 de julho de 2006; website do laboratório: www.physics.uci.edu/~collinsp/)
AUMENTO DA PROBABILIDADE DE UM CHOQUE COM UM ASTERÓIDE. Tudo o que você queria ficar sabendo! Que a probabilidade de um choque entre a Terra e um asteróide é aumentada pela mútua atração gravitacional entre os dois corpos. A fómula para esse aumento é demonstrada em um novo artigo do físico James Van Allen, da Universidade de Iowa, o mesmo homem que, meio século atrás, predisse a existência (mais tarde confirmada) de cinturões de radiação de partículas de plasma. O aumento da seção transversal da probabilidade de colisão, que Van Allen admite ignorar as forças adicionais exercidas pelo Sol e outros planetas do Sistema Solar, é igual a 1 mais o quadrado da razão entre a velocidade de escape para o planetas (Van Allen calculou o caso para a Terra, Marte, Júpiter e Saturno) e a velocidade de aproximação do asteróide (começando de bem longe).(American Journal of Physics, agosto de 2006)
TEMPESTADES NA ÁSIA BALANÇAM A TERRA. O eixo da Terra passa por vários deslocamentos cíclicos, tais como a Precessão dos Equinócios que dura cerca de 26.000 anos. Recentemente os dois deslocamentos mais importantes inadvertidamente se cancelaram mutuamente, permitindo aos geofísicos medir outros deslocamentos mais sutís que, normalmente, seriam difíceis de detectar. As duas oscilações maiores são a Oscilação de Chandler (cuja origem não é bem conhecida) e a oscilação causada pelas variações climáticas anuais. Seus efeitos combinados, normalmente, fazem o eixo de rotação se deslocar cerca de 10 metros. Mas de dezembro de 2005 a fevereiro de 2006, seu mútuo anulamento reduziu a excursão do eixo para menos de 1 metro. Isto permitiu que cientistas belgas estudassem forças menores e menos fortes, cujas atuações puderam ser brevemente medidas. Os cientistas viram sinais do que eles acreditam ser uma influência na oscilação da Terra, dia a dia, ocasionada por tempestades sobre a Ásia e a Europa do Norte. (Geophysical Research Letters, julho de 2006)
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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 n° 785
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 785, de 17 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
UM NOVO MAGNETÔMETRO DE BEC representa a primeira aplicação de Concentrados de Bose-Einstein (Bose Einstein condensates = BEC) fora dos domínios da física atômica. Físicos da Universidade de Heidelberg usaram um BEC unidimensional como sonda sensistiva dos campos magnéticos emanados de uma amostra próxima. A sensibilidade aos campos assim obtida ficou na casa dos campos magnéticos de intensidade de nanotesla (equivalente a uma escala de energia de cerca de 10-14 eV) com uma resolução espacial de somente 3 mícrons. Alguns processos (tais como varreduras com microscópios de sondagem hall) podem obter resoluções espaciais ainda maiores e alguns processos (tais como dispositivos supercondutores de interferência quântica {Superconducting Quantum Interference Devices – SQUIDs) podem conseguir uma maior sensibilidade magnética, mas, para esta faixa, o dispositivo de Heildelberg tem uma região de sensitividade vs. resolução toda própria. Joerg Schmiedmayer e seus colegas são pioneiros nos progressos da jovem ciência da óptica atômica integrada (ver www.aip.org/pnu/2000/split/516-1.html ), que busca guiar átomos em torno de microscópios e explorá-los para futuras aplicações, de maneira muito sememlhante ao modo como a eletrônica manipula os elétons em circuitos integrados e a fotônica usa os fótons em estruturas optrônicas. Para ver como um BEC mede o potencial eletromagnético acima de uma superfície, considere o potencial como uma paisagem, coberta de picos e vales. Se alagássemos toda a paisagem com água, criaríamos uma superfície equipotencial na superfície. Para identificar toda a topografia submersa, poderíamos medir a quantidade total de água abaixo da superfície em qualquer ponto. Isto é o que fazem os pesquisadores de Heidelberg. Ao longo da amosta, onde o potencial é profundo (ou seja, onde os campos são particularmente fortes), mais átomos do BEC se acumulam. Dessa form, a densidade dos átomos no BEC (que pode ser medida vendo-se quanta luz de uma sonda laser é absorvida nos pontos ao longo do BEC – ver figura em http://www.aip.org/png/2006/261.htm ) pode ser convertida em um mapa dos campos na superfície da amostra. De acordo com Schmiedmayer, a sensitividade deste processo já é tão grande que fica limitada, de certo modo, pelo “ruído de disparo atômico”, o equivalente atômico do “ruído de disparo”, o ruído encontrado na medição de correntes fracas, por causa das flutuações no número de elétrons que passam por um determinado ponto em um circuito, ou na medição dos níveis de luminosidade em um determinado ponto de uma fibra óptica, por causa da variação do número de fótons que passa por um determinado ponto. No caso do BEC, as medições dos campos seriam menos influenciadas por este ruído de disparo atômico, se fosse possível carregar mais átomos no BEC, que fica em uma pequena armadilha atômica, apenas a alguns mícrons da superfície em estudo, enquanto se mantivesse simultaneamente o potencial químico constante. A sensibilidade de nT e a resolução espacial micrométrica do sensor podem torná-lo útil para descobrir novos fenômenos de dísica de estado sólido e de superfícies. (Wildermuth et al., Applied Physics Letters, publicado online em 27 de junho de 2006; website do laboratório em www.atomchip.org )
MÚSICA DAS DUNAS (DUNE TUNES). Há séculos que os viajantes pelo mundo conhecem dunas de areia que emitem sons baixos, algumas vezes de grande qualidade tonal. No século XII, Marco Polo ouviu areias cantantes na China e Charles Darwin descreveu os claros sons oriundos de um depósito de areias de encontro a uma montanha no Chile. Agora, uma equipe de cientistas provou ser falsa a antiga crença de que o som era proveniente de vibrações das dunas como um todo, e provaram, através de estudos de campo e experiências controladas em laboratório, que os sons vêm de movimentos sincronizados de grãos em avalanches de determinado tamanho. Pequenas avalanches não produzem quaisquer sons detectáveis, enquanto grandes avalanches porduzem sons em um monte de freqüências (produzindo um ruído cacofônico). Porém, deslizamentos de areia do tamanho e velocidade adequados resultam em sons de uma freqüência pura, com apenas as oscilações sonoras suficientes para dar “colorido” ao som, como se as dunas fossem instrumentos musicais. Neste caso, porém, o ajuste não é devido a qualquer influência externa, mas a críticas tendências de auto-organização da própria duna. Os pesquisadores, desta forma, excluiram diversas explicações “musicais”. Por exemplo, o som das dunas não vem do atrito de blocos de areia contra o corpo principal da duna (tal como o som de um violino é produzido pelo atrito do arco sobre uma corda presa ao corpo do violino). Nem a música das dunas surge de um efeito de ressonância (da mesma forma que o ar ressoando no interior de uma flauta produz um tom puro), uma vez que se observou que o volume do som das dunas pode ser gravado em vários locais em torno da duna. Em vez disso, o som das areias vem do movimento do deslizamento livre, sincronizado, de areia grossa e seca, o que produz um som de freqüência mais baixa. Os cientistas – da Universidade de Paris (França), Harvard (EUA), Laboratório CNRS em Paris e a Inversidade Ibn Zohor (Marrocos) – estabeleceram um website
onde se pode ouvir os sons de diferentes dunas na China, Oman, Marrocos e Chile.
( http://www.lps.ens.fr/~douady/SongofDunesIndex.html ) . (Douady et al., Physical Review Letters, artigo em fase de 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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 785, de 17 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
UM NOVO MAGNETÔMETRO DE BEC representa a primeira aplicação de Concentrados de Bose-Einstein (Bose Einstein condensates = BEC) fora dos domínios da física atômica. Físicos da Universidade de Heidelberg usaram um BEC unidimensional como sonda sensistiva dos campos magnéticos emanados de uma amostra próxima. A sensibilidade aos campos assim obtida ficou na casa dos campos magnéticos de intensidade de nanotesla (equivalente a uma escala de energia de cerca de 10-14 eV) com uma resolução espacial de somente 3 mícrons. Alguns processos (tais como varreduras com microscópios de sondagem hall) podem obter resoluções espaciais ainda maiores e alguns processos (tais como dispositivos supercondutores de interferência quântica {Superconducting Quantum Interference Devices – SQUIDs) podem conseguir uma maior sensibilidade magnética, mas, para esta faixa, o dispositivo de Heildelberg tem uma região de sensitividade vs. resolução toda própria. Joerg Schmiedmayer e seus colegas são pioneiros nos progressos da jovem ciência da óptica atômica integrada (ver www.aip.org/pnu/2000/split/516-1.html ), que busca guiar átomos em torno de microscópios e explorá-los para futuras aplicações, de maneira muito sememlhante ao modo como a eletrônica manipula os elétons em circuitos integrados e a fotônica usa os fótons em estruturas optrônicas. Para ver como um BEC mede o potencial eletromagnético acima de uma superfície, considere o potencial como uma paisagem, coberta de picos e vales. Se alagássemos toda a paisagem com água, criaríamos uma superfície equipotencial na superfície. Para identificar toda a topografia submersa, poderíamos medir a quantidade total de água abaixo da superfície em qualquer ponto. Isto é o que fazem os pesquisadores de Heidelberg. Ao longo da amosta, onde o potencial é profundo (ou seja, onde os campos são particularmente fortes), mais átomos do BEC se acumulam. Dessa form, a densidade dos átomos no BEC (que pode ser medida vendo-se quanta luz de uma sonda laser é absorvida nos pontos ao longo do BEC – ver figura em http://www.aip.org/png/2006/261.htm ) pode ser convertida em um mapa dos campos na superfície da amostra. De acordo com Schmiedmayer, a sensitividade deste processo já é tão grande que fica limitada, de certo modo, pelo “ruído de disparo atômico”, o equivalente atômico do “ruído de disparo”, o ruído encontrado na medição de correntes fracas, por causa das flutuações no número de elétrons que passam por um determinado ponto em um circuito, ou na medição dos níveis de luminosidade em um determinado ponto de uma fibra óptica, por causa da variação do número de fótons que passa por um determinado ponto. No caso do BEC, as medições dos campos seriam menos influenciadas por este ruído de disparo atômico, se fosse possível carregar mais átomos no BEC, que fica em uma pequena armadilha atômica, apenas a alguns mícrons da superfície em estudo, enquanto se mantivesse simultaneamente o potencial químico constante. A sensibilidade de nT e a resolução espacial micrométrica do sensor podem torná-lo útil para descobrir novos fenômenos de dísica de estado sólido e de superfícies. (Wildermuth et al., Applied Physics Letters, publicado online em 27 de junho de 2006; website do laboratório em www.atomchip.org )
MÚSICA DAS DUNAS (DUNE TUNES). Há séculos que os viajantes pelo mundo conhecem dunas de areia que emitem sons baixos, algumas vezes de grande qualidade tonal. No século XII, Marco Polo ouviu areias cantantes na China e Charles Darwin descreveu os claros sons oriundos de um depósito de areias de encontro a uma montanha no Chile. Agora, uma equipe de cientistas provou ser falsa a antiga crença de que o som era proveniente de vibrações das dunas como um todo, e provaram, através de estudos de campo e experiências controladas em laboratório, que os sons vêm de movimentos sincronizados de grãos em avalanches de determinado tamanho. Pequenas avalanches não produzem quaisquer sons detectáveis, enquanto grandes avalanches porduzem sons em um monte de freqüências (produzindo um ruído cacofônico). Porém, deslizamentos de areia do tamanho e velocidade adequados resultam em sons de uma freqüência pura, com apenas as oscilações sonoras suficientes para dar “colorido” ao som, como se as dunas fossem instrumentos musicais. Neste caso, porém, o ajuste não é devido a qualquer influência externa, mas a críticas tendências de auto-organização da própria duna. Os pesquisadores, desta forma, excluiram diversas explicações “musicais”. Por exemplo, o som das dunas não vem do atrito de blocos de areia contra o corpo principal da duna (tal como o som de um violino é produzido pelo atrito do arco sobre uma corda presa ao corpo do violino). Nem a música das dunas surge de um efeito de ressonância (da mesma forma que o ar ressoando no interior de uma flauta produz um tom puro), uma vez que se observou que o volume do som das dunas pode ser gravado em vários locais em torno da duna. Em vez disso, o som das areias vem do movimento do deslizamento livre, sincronizado, de areia grossa e seca, o que produz um som de freqüência mais baixa. Os cientistas – da Universidade de Paris (França), Harvard (EUA), Laboratório CNRS em Paris e a Inversidade Ibn Zohor (Marrocos) – estabeleceram um website
onde se pode ouvir os sons de diferentes dunas na China, Oman, Marrocos e Chile.
( http://www.lps.ens.fr/~douady/SongofDunesIndex.html ) . (Douady et al., Physical Review Letters, artigo em fase de 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.
Physics News Update n° 784
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 784, de 7 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
OXIGÊNIO VERMELHO. Um novo algorítimo de cristalografia evolucionária prediz a estrutura de cristais em condições de extremas pressão e temperatura, com base somente na composição química. Um desses cristais seria uma forma de oxigênio vermelho. Predizer estruturas de cristais é difícil, mesmo para sólidos simples, em parte por causa da tarefa de escolher dentro do astronômico número de maneiras possíveis que dados átomos pode compor uma unidade celular básica repetível. Artem Oganov, um cientista no ETH de Zurique, e Colin W. Glass, um estudante de PhD, abordam o porblema combinando cálculos de estrutura eletrônica e um algorítimo evolucional especialmente desenvolvido. Ao explorar as miríades de disposições atômicas, eles procedem de uma maneira passo-a-passo de otimização contínua, que evita as configurações de sucesso menos provável. Isto torna o algorítimo muito efeiciente e permite aos pesquisadores fazerem certas previsões específicas. Um exemplo é o Carbonato de Cálcio (CaCO3) em pressões muito altas. A equipe de Oganov, pela primeira vez, previu duas novas estruturas estáveis para este mineral. Atualmente, ambas as estruturas foram confirmadas em experiências por colegas japoneses. Oganov e Glass também resolveram as estruturas cristalinas para o Oxigênio em altas pressões. O Oxigênio é único do ponto de vista químico. Sendo o único elemento molecular magnético conhecido, sob pressão ele perde seu magnetismo e se torna vermelho. A estrutura do Oxigênio vermelho, que permaneceu deconhecida por muito tempo, parece ter sido finalmente solucionada e revelou-se única; isto é, não acontece com qualquer outro elemento. A pressões ainda maiores, sabe-se que o Oxigênio fica preto e se torna supercondutor, o que acontece por causa do incremento nas interações entre as moléculas de O2. Os pesquisadores do ETH também predizem uma nova fase estável do Enxôfre e diversas formas meta-estáveis do Carbono (Journal of Chemical Physics, 28 de junho de 2006; website do laboratório em http://olivine.ethz.ch/~artem/ ; ETH Laboratory of Crystallography, )
ONDAS DE LUZ E GRAVITACIONAIS ESPREMIDAS. Um processo comprovado para a redução do ruído em medições ópticas de alta precisão será, em breve, aplicado na busca por ondas gravitacionais. O meio mais provável para detctar essas ondas é a observação de seus efeitos sutís em espelhos suspensos, como o Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). No LIGO, a luz laser é dividida em dois feixes que são refletidos várias vezes por espelhos suspensos nas extrremidades de dois longos tubos posicionados em ângulo reto. Os dois feixes são recombinados para formar um padrão de interferência. Este procedimento é ajustado de forma que um foto detector fica posicionado para um padrão nulo; ou seja, ele normalmente não vê fótons em sua direção. O plano é que uma onda gravitacional passante movimentaria muito ligeiramente os espelhos suspensos nos dois tubos (que são isolados dos tipos de vibração ordinários), o que, por sua vez, provocaria um distúrbio no padrão de interferência. Subitamente o foto detector registraria fótons, indicando uma onda gravitacional. Um problema com esse esquema é o “ruído de disparo”, o grau de incerteza quântica que temos da quantidade de fótons existentes em um feixe laser em um determinado momento qualquer. Flutuações no número de fótons poderiam disparar uma falsa leitura positiva. Os físicos no Instituto Max Plank (Hannover) e a Universidade de Hannover esperam poder reduzir o ruído quântico inerente a essa abordagem interferométrica, espremendo a luz. A luz espremida é produzida quando o ruído quântico em uma ou outra das variáveis complementares que descrevem um feixe de luz (tais como fase e amplitude) é grandemente reduzida, às expensas da outra, enviando-se a luz através de (uma série de) cristais ópticos especiais. O uso de luz espremida reduz o ruído quântico em vários aparatos optrônicos. Usualmente, a abordagem por meio de luz espremida é aplicada nas freqüências da faixa de megahertz, mas os pesquisadores de Hannover, pela primeira vez, fizeram a coisa funcionar nas freqüências de detecção pertinentes ao LIGO, inclusive freqüências abaixo de cem hertz, a freqüência esperada para as ondas gravitacionais oriundas de algum buraco negro distante coalescente no universo. De acordo com Henning VahlbruchVahlbruch um sistema de controle com luz espremida ajudaria a reduzir o ruído e aumentar a sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais. (Valbruch et al., Physical Review Letters, 7 de julho de 2006; website em http://www.geo600.uni-hannover.de/~schnabel/ )
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 784, de 7 de julho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
OXIGÊNIO VERMELHO. Um novo algorítimo de cristalografia evolucionária prediz a estrutura de cristais em condições de extremas pressão e temperatura, com base somente na composição química. Um desses cristais seria uma forma de oxigênio vermelho. Predizer estruturas de cristais é difícil, mesmo para sólidos simples, em parte por causa da tarefa de escolher dentro do astronômico número de maneiras possíveis que dados átomos pode compor uma unidade celular básica repetível. Artem Oganov, um cientista no ETH de Zurique, e Colin W. Glass, um estudante de PhD, abordam o porblema combinando cálculos de estrutura eletrônica e um algorítimo evolucional especialmente desenvolvido. Ao explorar as miríades de disposições atômicas, eles procedem de uma maneira passo-a-passo de otimização contínua, que evita as configurações de sucesso menos provável. Isto torna o algorítimo muito efeiciente e permite aos pesquisadores fazerem certas previsões específicas. Um exemplo é o Carbonato de Cálcio (CaCO3) em pressões muito altas. A equipe de Oganov, pela primeira vez, previu duas novas estruturas estáveis para este mineral. Atualmente, ambas as estruturas foram confirmadas em experiências por colegas japoneses. Oganov e Glass também resolveram as estruturas cristalinas para o Oxigênio em altas pressões. O Oxigênio é único do ponto de vista químico. Sendo o único elemento molecular magnético conhecido, sob pressão ele perde seu magnetismo e se torna vermelho. A estrutura do Oxigênio vermelho, que permaneceu deconhecida por muito tempo, parece ter sido finalmente solucionada e revelou-se única; isto é, não acontece com qualquer outro elemento. A pressões ainda maiores, sabe-se que o Oxigênio fica preto e se torna supercondutor, o que acontece por causa do incremento nas interações entre as moléculas de O2. Os pesquisadores do ETH também predizem uma nova fase estável do Enxôfre e diversas formas meta-estáveis do Carbono (Journal of Chemical Physics, 28 de junho de 2006; website do laboratório em http://olivine.ethz.ch/~artem/ ; ETH Laboratory of Crystallography, )
ONDAS DE LUZ E GRAVITACIONAIS ESPREMIDAS. Um processo comprovado para a redução do ruído em medições ópticas de alta precisão será, em breve, aplicado na busca por ondas gravitacionais. O meio mais provável para detctar essas ondas é a observação de seus efeitos sutís em espelhos suspensos, como o Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). No LIGO, a luz laser é dividida em dois feixes que são refletidos várias vezes por espelhos suspensos nas extrremidades de dois longos tubos posicionados em ângulo reto. Os dois feixes são recombinados para formar um padrão de interferência. Este procedimento é ajustado de forma que um foto detector fica posicionado para um padrão nulo; ou seja, ele normalmente não vê fótons em sua direção. O plano é que uma onda gravitacional passante movimentaria muito ligeiramente os espelhos suspensos nos dois tubos (que são isolados dos tipos de vibração ordinários), o que, por sua vez, provocaria um distúrbio no padrão de interferência. Subitamente o foto detector registraria fótons, indicando uma onda gravitacional. Um problema com esse esquema é o “ruído de disparo”, o grau de incerteza quântica que temos da quantidade de fótons existentes em um feixe laser em um determinado momento qualquer. Flutuações no número de fótons poderiam disparar uma falsa leitura positiva. Os físicos no Instituto Max Plank (Hannover) e a Universidade de Hannover esperam poder reduzir o ruído quântico inerente a essa abordagem interferométrica, espremendo a luz. A luz espremida é produzida quando o ruído quântico em uma ou outra das variáveis complementares que descrevem um feixe de luz (tais como fase e amplitude) é grandemente reduzida, às expensas da outra, enviando-se a luz através de (uma série de) cristais ópticos especiais. O uso de luz espremida reduz o ruído quântico em vários aparatos optrônicos. Usualmente, a abordagem por meio de luz espremida é aplicada nas freqüências da faixa de megahertz, mas os pesquisadores de Hannover, pela primeira vez, fizeram a coisa funcionar nas freqüências de detecção pertinentes ao LIGO, inclusive freqüências abaixo de cem hertz, a freqüência esperada para as ondas gravitacionais oriundas de algum buraco negro distante coalescente no universo. De acordo com Henning VahlbruchVahlbruch um sistema de controle com luz espremida ajudaria a reduzir o ruído e aumentar a sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais. (Valbruch et al., Physical Review Letters, 7 de julho de 2006; website em http://www.geo600.uni-hannover.de/~schnabel/ )
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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 n° 783
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 783, de 30 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
CANALIZANDO AS PROFUNDEZAS DO ELÉTRON. A cuidadosa observação de um elétron singelo em uma armadilha atômica, por um período de vários meses, resultou na melhor medição, até agora, do momento magnético do elétron e um valor mais preciso para “alfa”, a constante de estrutura fina, o parâmetro que estabelece a força genérica da força eletromagnética. Os elétrons, é claro, fazem parte de todos os átomos e, como tais, são um essencial “tijolo” na construção do universo. E alfa é um membro importante do sistema de constantes fundamentais usadas para descrever a natureza. O elétron, muito menor do que o próton, e geralmente considerado como uma partícula puntual, é um objeto tão fundamental para estudos, quanto se possa desejar na física. Não obstante, a interação do elétron com o vácuo é qualquer coisa, menos simples. A teoria da eletrodinâmica quântica (Quantum Electrodynamics, QED) prediz que o elétron pulula perpetuamente com partículas virtuais – tais como fótons e pares posítron/elétron – que emergem brevemente do vácuo circundante. Na ausência dessas interações, o momento magnético do eléton (referido pela letra “g”), que relaciona o magnetismo do elétron com seu spin intrínseco, teria um valor de 2. Mas as medições diretas de “g” mostraram um valor ligeiramente diferente de 2. Quanto mais refinadas se tornaram essas medições, melhor se pode avaliar a natureza quântica do elétron e a própria QED. Além disso, se o elétron tivesse uma estrutura (da forma que os prótons, por exemplo, são constituídos por quarks), isso também apareceria nas medições de “g”. Para obter o maior controle possível sobre o elétron e seu ambiente, Gerald Gabrielse e seus estudantes Brian Odom e David Hanneke, em Harvard, criaram um átomo macroscópico artificial, composto por um único elétron que executava uma trajetória infinita fechada, dentro de uma armadilha de eletrodos carregados
– um eletrodo central positivamente carregado e dois eletrodos negativamente carregados, acima e abaixo – suplementados por bobinas que produziam um campo magnético. A combinação de forças elétricas e magnéticas mantinham o elétron em sua órbita “ciclotron” circular. Além desse movimento planar, o eletron oscilava para cima e para baixo verticalmente, na direção do campo magnético. O coração dessa experiência de Harvard é explorar esses dois movimentos – o movimento circular, que é conforme às regras quânticas, e o movimento vertical, que é conforme à física clássica – de uma nova maneira. Em primeiro lugar, a parte quântica. Como em qualquer átomo verdadeiro, este átomo artificial está sob o domínio das regras quânticas e o elétron cativo só pode possuir certas energias permitidas. Elétrons já foram confinados em armadilhas como essa, antes, mas essa nova experiência é a primeira em que o elétron pode residir em seu estado quântico ciclotrônico mais baixo. A aparelhagem faz isso controlando energias espúrias, tal como inibir o aquecimento de corpo negro do elétron, por meio da refrigerção do compartimento central a uma temperatura de 100 mK e pela inibição da emissão do próprio elétron por um engenhoso projeto da cavidade da armadilha atômica. O dispositivo todo funciona como ciclotron quântico mono-elétron. Segundo, a parte clássica. A experiência de Harvard é a primeira a introduzir um objeto microscópico para ajustar suas próprias oscilações, com base em suas interações com seu ambiente (ver sua publicação de um ano atrás: D’Urso et al., Physical Review Letters, 25 de março de 2005). O elétron, ao se mover verticalmente, induz uma mudança de voltagem extremamente pequena nos circuitos externos que alimentam os eletrodos. Ao sentir essa mudança, o circuito pode ajustar a voltagem dos eletrodos para ampliar ou reduzir as excursões para cima ou para baixo do elétron. Essa auto-excitação induzida por retroalimentação, se não for muito grande ou muito pequena, permite aos pesquisadores medirem uma freqüência de oscilação, a qual é, por sua vez, relacionada com o estado quântico do elétron. É esse quase total controle sobre os movimentos sobre os movimentos do elétron e a capacidade de medir os níveis de energia do ambiente quântico artificial do elétron que permite ao grupo de Harvard melhorar as medições de “g” em um fator de 6 sobre os trabalhos anteriores. A nova incerteza no valor, estabelecido em um artigo a ser publicado na Physical Review Letters, está agora em um nível de 0,76 partes por trilhão. Não menos importante do que “g” é alfa. Inserindo o novo valor de “g”, e graças a cálculos de QED aperfeiçoados de altíssima precisão, os experimentadores e teóricos juntos determinaram um novo valor para alfa, um com uma precisão dez vezes melhor do que o obtenível por qualquer outro processo. Esta é a primeira vez que um valor mais preciso para alfa é anunciado, desde 1987. O novo alfa, publicado em um artigo seguinte na Physical Review Letters, tem uma incerteza de 0,7 partes por bilhão. O valor medido de “g” também pode ser usado para avaliar os hipotéticos componentes do elétron. Tais componentes, mostra o novo valor medido de “g”, não podem ser menores do que 130 GeV. Com base nessa experiência, pode-se também impor um limite no tamanho do elétron; ele não pode ser maior do que 10-18m de diâmetro. Esses não são necessariamente os melhores limites no tamnho e na estrutura do elétron, mas é um trabalho que, patentemente, está no reino da física atômica de baixas temperaturas e não no reino dos aceleradores de partículas de altas energias, onde normalmente se mede as propriedades das partículas. A experiência com a armadilha de Harvard se prolongou por vinte anos e rendeu mais de meia dúzia de PhDs. De acordo com Gabrielse, um valor mais preciso para alfa deve (entre outras coisas) contribuir para o pendente ajuste das constantes fundamentais, dirigidas a redefinir o quilograma de forma a evitar o uso do atual peso, mantido dentro de um vidro em Paris. (Odom et al., e Gabrielse et al., em dois artigos a serem publicados na Physical Review Letters, website do laboratório em http://hussle.harvard.edu/~gabrielse/ )
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 783, de 30 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
CANALIZANDO AS PROFUNDEZAS DO ELÉTRON. A cuidadosa observação de um elétron singelo em uma armadilha atômica, por um período de vários meses, resultou na melhor medição, até agora, do momento magnético do elétron e um valor mais preciso para “alfa”, a constante de estrutura fina, o parâmetro que estabelece a força genérica da força eletromagnética. Os elétrons, é claro, fazem parte de todos os átomos e, como tais, são um essencial “tijolo” na construção do universo. E alfa é um membro importante do sistema de constantes fundamentais usadas para descrever a natureza. O elétron, muito menor do que o próton, e geralmente considerado como uma partícula puntual, é um objeto tão fundamental para estudos, quanto se possa desejar na física. Não obstante, a interação do elétron com o vácuo é qualquer coisa, menos simples. A teoria da eletrodinâmica quântica (Quantum Electrodynamics, QED) prediz que o elétron pulula perpetuamente com partículas virtuais – tais como fótons e pares posítron/elétron – que emergem brevemente do vácuo circundante. Na ausência dessas interações, o momento magnético do eléton (referido pela letra “g”), que relaciona o magnetismo do elétron com seu spin intrínseco, teria um valor de 2. Mas as medições diretas de “g” mostraram um valor ligeiramente diferente de 2. Quanto mais refinadas se tornaram essas medições, melhor se pode avaliar a natureza quântica do elétron e a própria QED. Além disso, se o elétron tivesse uma estrutura (da forma que os prótons, por exemplo, são constituídos por quarks), isso também apareceria nas medições de “g”. Para obter o maior controle possível sobre o elétron e seu ambiente, Gerald Gabrielse e seus estudantes Brian Odom e David Hanneke, em Harvard, criaram um átomo macroscópico artificial, composto por um único elétron que executava uma trajetória infinita fechada, dentro de uma armadilha de eletrodos carregados
– um eletrodo central positivamente carregado e dois eletrodos negativamente carregados, acima e abaixo – suplementados por bobinas que produziam um campo magnético. A combinação de forças elétricas e magnéticas mantinham o elétron em sua órbita “ciclotron” circular. Além desse movimento planar, o eletron oscilava para cima e para baixo verticalmente, na direção do campo magnético. O coração dessa experiência de Harvard é explorar esses dois movimentos – o movimento circular, que é conforme às regras quânticas, e o movimento vertical, que é conforme à física clássica – de uma nova maneira. Em primeiro lugar, a parte quântica. Como em qualquer átomo verdadeiro, este átomo artificial está sob o domínio das regras quânticas e o elétron cativo só pode possuir certas energias permitidas. Elétrons já foram confinados em armadilhas como essa, antes, mas essa nova experiência é a primeira em que o elétron pode residir em seu estado quântico ciclotrônico mais baixo. A aparelhagem faz isso controlando energias espúrias, tal como inibir o aquecimento de corpo negro do elétron, por meio da refrigerção do compartimento central a uma temperatura de 100 mK e pela inibição da emissão do próprio elétron por um engenhoso projeto da cavidade da armadilha atômica. O dispositivo todo funciona como ciclotron quântico mono-elétron. Segundo, a parte clássica. A experiência de Harvard é a primeira a introduzir um objeto microscópico para ajustar suas próprias oscilações, com base em suas interações com seu ambiente (ver sua publicação de um ano atrás: D’Urso et al., Physical Review Letters, 25 de março de 2005). O elétron, ao se mover verticalmente, induz uma mudança de voltagem extremamente pequena nos circuitos externos que alimentam os eletrodos. Ao sentir essa mudança, o circuito pode ajustar a voltagem dos eletrodos para ampliar ou reduzir as excursões para cima ou para baixo do elétron. Essa auto-excitação induzida por retroalimentação, se não for muito grande ou muito pequena, permite aos pesquisadores medirem uma freqüência de oscilação, a qual é, por sua vez, relacionada com o estado quântico do elétron. É esse quase total controle sobre os movimentos sobre os movimentos do elétron e a capacidade de medir os níveis de energia do ambiente quântico artificial do elétron que permite ao grupo de Harvard melhorar as medições de “g” em um fator de 6 sobre os trabalhos anteriores. A nova incerteza no valor, estabelecido em um artigo a ser publicado na Physical Review Letters, está agora em um nível de 0,76 partes por trilhão. Não menos importante do que “g” é alfa. Inserindo o novo valor de “g”, e graças a cálculos de QED aperfeiçoados de altíssima precisão, os experimentadores e teóricos juntos determinaram um novo valor para alfa, um com uma precisão dez vezes melhor do que o obtenível por qualquer outro processo. Esta é a primeira vez que um valor mais preciso para alfa é anunciado, desde 1987. O novo alfa, publicado em um artigo seguinte na Physical Review Letters, tem uma incerteza de 0,7 partes por bilhão. O valor medido de “g” também pode ser usado para avaliar os hipotéticos componentes do elétron. Tais componentes, mostra o novo valor medido de “g”, não podem ser menores do que 130 GeV. Com base nessa experiência, pode-se também impor um limite no tamanho do elétron; ele não pode ser maior do que 10-18m de diâmetro. Esses não são necessariamente os melhores limites no tamnho e na estrutura do elétron, mas é um trabalho que, patentemente, está no reino da física atômica de baixas temperaturas e não no reino dos aceleradores de partículas de altas energias, onde normalmente se mede as propriedades das partículas. A experiência com a armadilha de Harvard se prolongou por vinte anos e rendeu mais de meia dúzia de PhDs. De acordo com Gabrielse, um valor mais preciso para alfa deve (entre outras coisas) contribuir para o pendente ajuste das constantes fundamentais, dirigidas a redefinir o quilograma de forma a evitar o uso do atual peso, mantido dentro de um vidro em Paris. (Odom et al., e Gabrielse et al., em dois artigos a serem publicados na Physical Review Letters, website do laboratório em http://hussle.harvard.edu/~gabrielse/ )
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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 n° 782
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 782, de 27 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
TRANSFORMANDO O VENENO DE ESCORPIÃO RADIATIVO EM MEDICAMENTO SEGURO. No encontro desta semana da Sociedade de Física de Saúde (Health Physics Society) em Providence, pesquisadores vão descrever como eles ajudaram a estabelecer a segurança para um tratamento novo e surpreendente para uma espécie agressiva e particularmente maligna de câncer, chamada de glioma cerebral agudo, diagnosticado em mais de 17.000 pessoas nos EUA a cada ano. O tratamento se baseia no fato de que o veneno do escorpião amarelo israelense contém uma substância que se liga seletivamente às células do glioma. O procedimento utiliza um composto chamado TM-601, uma versão sintética da proteína do veneno, ligada a uma substância radiativa chamada I-131 que mata as células do glioma. Quando injetada na corrente sanguínea a proteína radiativa do veneno de escorpião se desloca para o cérbero e adere às células do glioma, onde o I-131 libera a radiação que mata as células. Ao descrever a segunda seqüência da fase II dos experimentos clínicos com pacientes humanos, o biofísico Alan M. Jackson do Henry Ford Health System em Detroit vai relatar que ele e seus colegas estabeleceram recentemente procedimentos seguros para a terapia. Os pacientes no experimento receberam uma dose radiativa de 40 millicuries (mCi) por semana. Esta dose não é extremamente alta, em comparação com a de um tratamento de câncer de tireóide, no qual os pacientes recebem até 200 mCi de I-131 em um único tratamento. Como estabeleceu Jackson, os pacientes podem retornar a suas residências em segurança várias horas depois do tratamento, porque suas famílias não estarão expostas a uma radiação maior do que aquela típica de um paciente de câncer de tireóide após o tratamento. E, de acordo com um grupo de estudop separado da primeira seqüência dos experimentos da fase II, pacientes que receberam até 40 mCi de dose semanal, não mostraram indícios de reações adversas atribuíveis à radiação. A experiência da fase II no Hernry Ford envolve 3 pacientes, com um total de 54 pacientes espalhados pelos EUA, presentemente em estudos experimentais da terapia. (Paper WAM-B.11, de quarta feira, 28 de Junho de 2006; website do encontro em http://hps.org/newsandevents/meetings/meeting5.html;
e http://www.transmolecular.com/pdfs/FiveashPR_ASCOVersion.pdf. )
OURO DENSO E QUENTE. Os físicos do Laboratório Lawrence Livermore utilizaram uma luz intensa para converter um pequeno alvo sólido de ouro em um plasma de elétrons e íons positivos. No instante imediatamente anterior em que amostra se vaporiza, os físicos foram capazes de registrar alguns resultados surpreendentes. A descoberta mais importante é que, mesmo nas condições extremas de alta densidade de energia (1017 J/kg), o ouro metálico ainda mantém a estrutura exibida por todos os metais – as energias permitidas aos elétrons não são contínuas, mas recaem em certas faixas permitidas de energia. Com a luz de um laser de femtossegundo caindo sobre a amostra, os cientistas de Livermore obtiveram a maior densidade de energia isocrônica (o que significa, sob condições de densidade constante) jamais observadas para um sólido – 107 J/kg. De acordo com um dos pesquisdores, Andrew Ng, que é o diretor científico da Instalação Jupiter de Laser do Livermore, exprimir a densidade de energia em termos de energia por unidades de massa, em lugar de energia por unidade de volume, dá uma melhor percepção da energia de excitação imprimida a cada átomo ou molécula. (Energias mais altas já foram obtidas pela implosão de um alvo com um feixe de laser ou uma explosão nuclear, mas esse novo resultado é o maior obtido para uma amostra com seu volume original). Além disso, esta experiência obtém um recorde para taxa de aquecimento – maior do que 1017°K/seg – para os elétrons no sólido; os íons que formam a estrutura (“lattice”) do sólido são mais pesados e se aquecem em uma taxa muito inferior. Este trabalho pode ser considerado como um novo assunto emergente: “matéria densa quente”, um meio termo entre a física de matéria condensada e a física de plasma. Esta área de pesquisa, que se relaciona com outro tópico “física de densidade em altas energias”, é igualmente relevante para aqueles que trabalham em disciplinas tais como ciência de altas pressões, ciência planetária, geofísica e compressão por choques (Ping et al., Physical Review Letters, 30 de Junho de 2006)
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 782, de 27 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
TRANSFORMANDO O VENENO DE ESCORPIÃO RADIATIVO EM MEDICAMENTO SEGURO. No encontro desta semana da Sociedade de Física de Saúde (Health Physics Society) em Providence, pesquisadores vão descrever como eles ajudaram a estabelecer a segurança para um tratamento novo e surpreendente para uma espécie agressiva e particularmente maligna de câncer, chamada de glioma cerebral agudo, diagnosticado em mais de 17.000 pessoas nos EUA a cada ano. O tratamento se baseia no fato de que o veneno do escorpião amarelo israelense contém uma substância que se liga seletivamente às células do glioma. O procedimento utiliza um composto chamado TM-601, uma versão sintética da proteína do veneno, ligada a uma substância radiativa chamada I-131 que mata as células do glioma. Quando injetada na corrente sanguínea a proteína radiativa do veneno de escorpião se desloca para o cérbero e adere às células do glioma, onde o I-131 libera a radiação que mata as células. Ao descrever a segunda seqüência da fase II dos experimentos clínicos com pacientes humanos, o biofísico Alan M. Jackson do Henry Ford Health System em Detroit vai relatar que ele e seus colegas estabeleceram recentemente procedimentos seguros para a terapia. Os pacientes no experimento receberam uma dose radiativa de 40 millicuries (mCi) por semana. Esta dose não é extremamente alta, em comparação com a de um tratamento de câncer de tireóide, no qual os pacientes recebem até 200 mCi de I-131 em um único tratamento. Como estabeleceu Jackson, os pacientes podem retornar a suas residências em segurança várias horas depois do tratamento, porque suas famílias não estarão expostas a uma radiação maior do que aquela típica de um paciente de câncer de tireóide após o tratamento. E, de acordo com um grupo de estudop separado da primeira seqüência dos experimentos da fase II, pacientes que receberam até 40 mCi de dose semanal, não mostraram indícios de reações adversas atribuíveis à radiação. A experiência da fase II no Hernry Ford envolve 3 pacientes, com um total de 54 pacientes espalhados pelos EUA, presentemente em estudos experimentais da terapia. (Paper WAM-B.11, de quarta feira, 28 de Junho de 2006; website do encontro em http://hps.org/newsandevents/meetings/meeting5.html;
e http://www.transmolecular.com/pdfs/FiveashPR_ASCOVersion.pdf. )
OURO DENSO E QUENTE. Os físicos do Laboratório Lawrence Livermore utilizaram uma luz intensa para converter um pequeno alvo sólido de ouro em um plasma de elétrons e íons positivos. No instante imediatamente anterior em que amostra se vaporiza, os físicos foram capazes de registrar alguns resultados surpreendentes. A descoberta mais importante é que, mesmo nas condições extremas de alta densidade de energia (1017 J/kg), o ouro metálico ainda mantém a estrutura exibida por todos os metais – as energias permitidas aos elétrons não são contínuas, mas recaem em certas faixas permitidas de energia. Com a luz de um laser de femtossegundo caindo sobre a amostra, os cientistas de Livermore obtiveram a maior densidade de energia isocrônica (o que significa, sob condições de densidade constante) jamais observadas para um sólido – 107 J/kg. De acordo com um dos pesquisdores, Andrew Ng, que é o diretor científico da Instalação Jupiter de Laser do Livermore, exprimir a densidade de energia em termos de energia por unidades de massa, em lugar de energia por unidade de volume, dá uma melhor percepção da energia de excitação imprimida a cada átomo ou molécula. (Energias mais altas já foram obtidas pela implosão de um alvo com um feixe de laser ou uma explosão nuclear, mas esse novo resultado é o maior obtido para uma amostra com seu volume original). Além disso, esta experiência obtém um recorde para taxa de aquecimento – maior do que 1017°K/seg – para os elétrons no sólido; os íons que formam a estrutura (“lattice”) do sólido são mais pesados e se aquecem em uma taxa muito inferior. Este trabalho pode ser considerado como um novo assunto emergente: “matéria densa quente”, um meio termo entre a física de matéria condensada e a física de plasma. Esta área de pesquisa, que se relaciona com outro tópico “física de densidade em altas energias”, é igualmente relevante para aqueles que trabalham em disciplinas tais como ciência de altas pressões, ciência planetária, geofísica e compressão por choques (Ping et al., Physical Review Letters, 30 de Junho de 2006)
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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 n° 781
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 781, de 19 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
SINCRONIZAÇÃO DA EXTINÇÃO. Um novo estudo das populações animais mostra que, mesmo populações bastante separadas de uma mesma espécie, se extinguirão juntas se uma força externa comum for aplicada. Tomemos uma analogia com dois relógios de pêndulo que entram em sicronia através de vibrações sutís nas tábuas de piso que ligam os dois relógios. Da mesma forma um estímulo comum, digamos, na forma de predadores ou de mudanças climáticas adversas, podem sincronizar o fim de enclaves separados de uma espécie ameaçada. R.E. Amritkar do Laboratório de Pesquisas Físicas (Ahmedabad) e Govindan Rangarajan do Instituo Hindú de Ciências (Bangalore) começaram com dados de campo disponíveis que demonstram a influência sincronizadora de predadores nas populações de ratos-calungas e, então,aplicaram princípios de dinâmica não-linear para simular o comportamento futuro. Eles concluírm que, desde que haja uma ameaça comum, comunidades separadas da espécie vão entrar em sintonia, antes de se extinguirem. Isso é uma má notícia para os conservacionistas que tinham esperançasde que algumas espécies dizimadas pudessem sobreviver em isolamento. Eles demonstraram que a resistência geral à extinção pode ser expressa como um parâmetro que coloca o grau de ameaça em forma numérica. Esta teoria pode ajudar a explicar porque espécies foram dizimadas em escala global em eventos de extinções anteriores. (Physical Review Letters, artigo em fase de publicação; website em http://math.iisc.ernet.in/~rangaraj )
PODE A TEORIA DAS CORDAS EXPLICAR A ENERGIA ESCURA? Um novo artigo do físico de Cambridge Stephen Hawking e Thomas Hertog do CERN sugere que sim. A principal explicação para a observada aceleração na expansão do universo é que existe uma substância, a energia escura, que preenche o vácuo e produz uma força uniformemente repulsiva entre quaisquer dois pontos no espaço – uma espécie de antigravidade. A Teoria Quântica de Campos permite a existência de uma tal tendência universal. Infelizmente, sua predição do valor da densidade da energia escura (um parâmetro conhecido como “constante cosmológica”) é cerca de 120 ordens de magnitude maior do que o valor observado. Em 2003, o cosmologista Andrei Linde da Universidade Stanford e seus colaboradores mostraram que a teoria das cordas permite a existência de energia escura, mas não especifica o valor da constante cosmológica. A teoria das cordas, acharam eles, produz um gráfico matemático com o formato de uma paisagem montanhosa, onde a altitude representa o valor da constante cosmológica. Após o Big Bang, o valor deveria se estabelecer em um ponto baixo, em algum lugar entre os picos e vales dessa paisagem. Porém, poderiam haver algo da ordem de 10500 pontos possíveis
– com diferentes valores associados à constante cosmológica – e sem motivo lógico algum para que o universo escolhesse aquele que observamos na natureza. Alguns especialistas saudaram essa multiplicidade de valores como uma virtude da teoria das cordas. Por exemplo, Leonard Susskind da Universidade Stanford, em seu livro “A Paisagem Cósmica: Teoria das Cordas e a Ilusão de Projeto Inteligente”, argumenta que os diferentes valores da constante cosmológica seriam reais em mundos paralelos diferentes – os universos bolsões da teoria da “eterna inflação” de Linde. Nós apenas viveríamos em um onde o valor é muito pequeno. Mas os críticos vêm a paisagem como um exemplo da incapacidade da teoria de fazer previsões úteis. O artigo Hawking/Hertog pretende resolver este problema. Nele, o universo é visto como um sistema quântico no arcabouço da teoria das cordas. A teoria quântica calcula as chances de que um sistema evolua de uma certa forma, a partir de condições iniciais, por exemplo: fótons atravessando uma dupla fenda e atingindo um certo ponto no outro lado. Repete-se a experiência com freqüência suficiente e se verifica se as chances previstas eram corretas. Na formulação da teoria quântica de Richard Feynman, a probabilidade de um fóton atingir um determinado ponto é calculada adicionando-se todas as possíveis trajetórias para o fóton. Um fóton passa por múltiplas trajetórias de uma só vez e pode até interferir com suas outras “personas” durante o processo. Hawking e Hertog argumentam que o próprio universo também deve seguir múltiplas trajetórias ao mesmo tempo, evoluindo través de muitas histórias paralelas, ou “ramos”. (Esses universos paralelos não devem ser confundidos com aqueles da inflação eterna, onde múltiplos universos coexistem em um sentido mais clássico do que quântico). O que vemos no mundo atual seria um resultado mais ou menos provável do “somatório” dessas histórias. Em particular, a soma incluiria todas as possíveis condições iniciais, com todos os valores possíveis para a constante cosmológica. Porém, aplicar a teoria quântica a todo o universo – onde os observadores fazem parte da experiência – é arriscado. Desta forma, não se tem controle algum sobre as condições iniciais, nem se pode repetir, de novo e de novo, a experiência para obter uma significância estatística. Em lugar disso, o enfoque de Hawking-Hertog começa com as condições presentes e usa o que se conhece de nosso ramo do universo para traçar sua hsitória anterior. Mais uma vez, existirão muitos ramos possíveis, mas a maioria pode ser ignorada na “soma de histórias” de Feynman, porque elas são muito diferentes do universo que conhecemos, de forma que a probabilidade de passar de um para o outro é negligível. Por exemplo, diz Hertog, o conhecimento de que o nosso universo está muito próximo de ser plano, poderia permitir que nos concentrássemos em uma parte bem pequena da paisagem da teoria das cordas, cujos valores para a constante cosmológica sejam compatíveis com essa forma plana. Isso, por sua vez, poderia levar a predições que sejam experimentalmente verificáveis. Por exemplo, se poderia calcular se o nosso universo deveria produzir o espectro de fundo de microondas que atualmente observamos. (Physical Review D, artigo a ser publicado)
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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.
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 781, de 19 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
SINCRONIZAÇÃO DA EXTINÇÃO. Um novo estudo das populações animais mostra que, mesmo populações bastante separadas de uma mesma espécie, se extinguirão juntas se uma força externa comum for aplicada. Tomemos uma analogia com dois relógios de pêndulo que entram em sicronia através de vibrações sutís nas tábuas de piso que ligam os dois relógios. Da mesma forma um estímulo comum, digamos, na forma de predadores ou de mudanças climáticas adversas, podem sincronizar o fim de enclaves separados de uma espécie ameaçada. R.E. Amritkar do Laboratório de Pesquisas Físicas (Ahmedabad) e Govindan Rangarajan do Instituo Hindú de Ciências (Bangalore) começaram com dados de campo disponíveis que demonstram a influência sincronizadora de predadores nas populações de ratos-calungas e, então,aplicaram princípios de dinâmica não-linear para simular o comportamento futuro. Eles concluírm que, desde que haja uma ameaça comum, comunidades separadas da espécie vão entrar em sintonia, antes de se extinguirem. Isso é uma má notícia para os conservacionistas que tinham esperançasde que algumas espécies dizimadas pudessem sobreviver em isolamento. Eles demonstraram que a resistência geral à extinção pode ser expressa como um parâmetro que coloca o grau de ameaça em forma numérica. Esta teoria pode ajudar a explicar porque espécies foram dizimadas em escala global em eventos de extinções anteriores. (Physical Review Letters, artigo em fase de publicação; website em http://math.iisc.ernet.in/~rangaraj )
PODE A TEORIA DAS CORDAS EXPLICAR A ENERGIA ESCURA? Um novo artigo do físico de Cambridge Stephen Hawking e Thomas Hertog do CERN sugere que sim. A principal explicação para a observada aceleração na expansão do universo é que existe uma substância, a energia escura, que preenche o vácuo e produz uma força uniformemente repulsiva entre quaisquer dois pontos no espaço – uma espécie de antigravidade. A Teoria Quântica de Campos permite a existência de uma tal tendência universal. Infelizmente, sua predição do valor da densidade da energia escura (um parâmetro conhecido como “constante cosmológica”) é cerca de 120 ordens de magnitude maior do que o valor observado. Em 2003, o cosmologista Andrei Linde da Universidade Stanford e seus colaboradores mostraram que a teoria das cordas permite a existência de energia escura, mas não especifica o valor da constante cosmológica. A teoria das cordas, acharam eles, produz um gráfico matemático com o formato de uma paisagem montanhosa, onde a altitude representa o valor da constante cosmológica. Após o Big Bang, o valor deveria se estabelecer em um ponto baixo, em algum lugar entre os picos e vales dessa paisagem. Porém, poderiam haver algo da ordem de 10500 pontos possíveis
– com diferentes valores associados à constante cosmológica – e sem motivo lógico algum para que o universo escolhesse aquele que observamos na natureza. Alguns especialistas saudaram essa multiplicidade de valores como uma virtude da teoria das cordas. Por exemplo, Leonard Susskind da Universidade Stanford, em seu livro “A Paisagem Cósmica: Teoria das Cordas e a Ilusão de Projeto Inteligente”, argumenta que os diferentes valores da constante cosmológica seriam reais em mundos paralelos diferentes – os universos bolsões da teoria da “eterna inflação” de Linde. Nós apenas viveríamos em um onde o valor é muito pequeno. Mas os críticos vêm a paisagem como um exemplo da incapacidade da teoria de fazer previsões úteis. O artigo Hawking/Hertog pretende resolver este problema. Nele, o universo é visto como um sistema quântico no arcabouço da teoria das cordas. A teoria quântica calcula as chances de que um sistema evolua de uma certa forma, a partir de condições iniciais, por exemplo: fótons atravessando uma dupla fenda e atingindo um certo ponto no outro lado. Repete-se a experiência com freqüência suficiente e se verifica se as chances previstas eram corretas. Na formulação da teoria quântica de Richard Feynman, a probabilidade de um fóton atingir um determinado ponto é calculada adicionando-se todas as possíveis trajetórias para o fóton. Um fóton passa por múltiplas trajetórias de uma só vez e pode até interferir com suas outras “personas” durante o processo. Hawking e Hertog argumentam que o próprio universo também deve seguir múltiplas trajetórias ao mesmo tempo, evoluindo través de muitas histórias paralelas, ou “ramos”. (Esses universos paralelos não devem ser confundidos com aqueles da inflação eterna, onde múltiplos universos coexistem em um sentido mais clássico do que quântico). O que vemos no mundo atual seria um resultado mais ou menos provável do “somatório” dessas histórias. Em particular, a soma incluiria todas as possíveis condições iniciais, com todos os valores possíveis para a constante cosmológica. Porém, aplicar a teoria quântica a todo o universo – onde os observadores fazem parte da experiência – é arriscado. Desta forma, não se tem controle algum sobre as condições iniciais, nem se pode repetir, de novo e de novo, a experiência para obter uma significância estatística. Em lugar disso, o enfoque de Hawking-Hertog começa com as condições presentes e usa o que se conhece de nosso ramo do universo para traçar sua hsitória anterior. Mais uma vez, existirão muitos ramos possíveis, mas a maioria pode ser ignorada na “soma de histórias” de Feynman, porque elas são muito diferentes do universo que conhecemos, de forma que a probabilidade de passar de um para o outro é negligível. Por exemplo, diz Hertog, o conhecimento de que o nosso universo está muito próximo de ser plano, poderia permitir que nos concentrássemos em uma parte bem pequena da paisagem da teoria das cordas, cujos valores para a constante cosmológica sejam compatíveis com essa forma plana. Isso, por sua vez, poderia levar a predições que sejam experimentalmente verificáveis. Por exemplo, se poderia calcular se o nosso universo deveria produzir o espectro de fundo de microondas que atualmente observamos. (Physical Review D, artigo a ser publicado)
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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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Physics News Update n° 780
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 780, de 9 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
UM INDÍCIO DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA NEGATIVA emerge de uma nova experiência, na qual microondas de duas freqüencias diferentes são dirigidas a um gás eletrônico com 2 dimensões. Os elétrons, que se movem entre dois cristais semicondutores, são sujeitados a um campo elétrico na direção “para a frente” (logitudinal) e um fraco campo magnético na direção perpendicular ao plano. Em tais condições, os elétrons descrevem trajetórias de laço fechado que, adicionalmente, se deslocam para a frente, dependendo da intensidade da voltagem aplicada. Há poucos anos, dois grupos de experimentadores observaram que quando, além disso, os elétrons eram expostos a microondas, a resistência longitudinal geral podia variar muito — por exemplo, aumentar de uma ordem de magnitude, ou decrescer até o zero, formando um estado de resistência zero, dependendo da relação entre a freqüência das microondas e a intensidade do campo magnéticos aplicados (para um histórico, vide “Physics Today”, Abril de 2003). Alguns teóricos propuseram que, em um tal estado de resistência zero, a resistência poderia ser, na verdade, inferior a zero: os esvoaçantes elétrons teriam se movido para trás, no sentido contrário da voltagem aplicada. Entretanto, este movimento retrógrado seria difícil de observar por causa de uma instabilidade no fluxo da corrente – ou seja, a distribuição da corrente se tornava de tal modo não-homegênea que as quedas na voltagem ficavam mascaradas. Um grupo dos Laboratórios de Utah/Minnesota/Rice/Bell testou esta hipótese em uma engenhosa experiência bicromática, usando mocroondas nas duas freqüências. Michael Zudov (atualmente na Universidade de Minnesota) e Rui-Rui Du (atualmente na Universidade Rice) enviaram microondas em duas freqüências diferentes sobre os elétrons, tendo observado que, para estdos de resistência não-zero, a resistência resultante era a média dos valores correspondentes às duas freqüências separadas. Por outro lado, quando as medições incluiam freqüências que resultariam em uma resistência zero, os pesquisadores observaram uma importante redução no sinal. Tendo como base a resistência média observada para as medições em estados não-zero, eles deduziram que sempre que uma resistência zero era detectada, a verdadeira resistência microscópica tinha sido, na verdade, menor do que zero. Em outras palavras, a resistência zero estava mascarando o que de fato é um estado instável de resistência negativa. (Zudov et al., Physical Review Letters, 16 de Junho de 2006)
[14/6/06] O PNU mudou o “lead” desta matéria para:
SEUS VIZINHOS IRIAM AMAR VOCÊ EM MARTE.
EM MARTE, NINGUÉM CONSEGUE ESCUTAR SOM DO CAPIM “GEMENDO” a uma distância superior a uma centena de metros, em comparação aos quilômetros que esse som pode atravessar na Terra, de acordo com uma nova simulação em computador da propagação do som em nosso vizinho planetário seguinte. Em termos gerais, como é que as coisas soam em Marte? No encontro desta semana da Sociedade Acústica da América (Acoustical Society of America), em Providence, Amanda Hanford e Lyle Long da Penn State apresentaram detalhados cálculos processados em computador que simulavam como o som se propaga através da atmosfera marciana, que é muito mais rarefeita do que a terrestre (exercendo apenas 0.7% da pressão de nossa atmosfera na superfície) e que tem uma composição muito diferente (contendo 95,3% de Dóxido de Carbono, comparado com os 0,33% em nosso planeta). A perda da sonda de 1999, Mars Polar Lander, que deveria gravar os sons diretamente no planeta, compeliu os pesquisadores a encontrar outros meios para estudar como o som se porpaga lá. Para analisar o comportamento do som em Marte, os pesquisadores analisaram como as moléculas de gás se movimentam e colidem em sua atmosfera. Os pesquisadores levaram em conta o “caminho livre” de uma moléculade gás, a distância média que uma molécula pode atravessar, antes de se chocar com outra vizinha (6 mícrons, comparados com os 50 nanômetros na Terra). Eles, igualmente. consideraram as diferentes maneiras pelas quais as moléculas de gás trocam energia entre si quando colidem. Em seu enfoque computacional, conhecido como “simulação direta Monte Carlo”, as colisões ocorrem de maneira aleatória, embora de uma freqüência estatisticamente precisa. Para dar conta das diferentes combinações de espécies de moléculas que poderiam colidir, juntamente com os muitos modos diferentes nos quais poderiam ganhar ou perder energia, foi necessária uma grande quantidade de computação – mais de 60 horas – mesmo para simular um pequeno pedacinho de atmosfera para cada freqüência de som considerada, usando um computador “Beowulf” com 32 processadores paralelos, um dos mais poderosos supercomputadores do mundo. Com sua abordagem, os pesquisadores puderam estabelecer todas as propriedades físicas de interesse para a propagação do som em Marte. Os resultados dos pesquisadores mostramque a absorção dos sons em Marte é cem vezes maior do que na Terra, por causa das diferenças na composição molecular e da pressão atmosférica menor. Devido às limitações de computação (eles só puderam analisar colisões em uma pequena região de espaço), os pesquisadores somente simularam a propagação dos sons de freqüência mais baixa (com freqüências na faixa do ultrassom), porém extrapolaram os resultados até as freqüências audíveis. (Apresentação n° 2aPA3; mais informações em
http://www.acoustics.org/press/151st/Hanford.html)
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Physics News Update n° 779
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 779, de 2 de junho de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi Physics News Update
SOUND AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION, ou SASER, é o análogo acústico de um laser. No lugar de uma potente emissão de radiação eletromagnética criada por re-alimentação (“feedback”), um saser emite um possante feixe de ultrasom. O conceito já existe há muitos anos e diversos laboratórios construíram modelos com diferentes características. Em uma nova versão, elaborada por cientistas da Universidade de Nottingham, na Grã-Bretanha, e do Instituto Lashkarev de Física de Semicondutores na Ucrânia, o meio de ganho — ou seja, o meio onde ocorre a amplificação — consiste de pilhas (ou uma super-grade) de finas camadas de semicondutores que, em conjunto, formam “poços quânticos”. Nestes poços – na verdade apenas regiões planas cuidadosamente confinadas – os elétrons podem ser excitados por pacotes de ultrassom, os quais caracteristicamente possuem energias de mili-elétron-volts (meV), equivalentes a uma freqüência de 0,1 a 1 THz. E, da mesma forma como a luz coerente pode ser amplificada em um laser pela emissão congruente e estimulada de luz de um monte de átomos, em um saser o som coerente pode ser amplificado pela emissão congruente de fonons de um monte de poços quânticos na super-grade. Nos lasers o aumento de intensidade da luz é mantido por uma cavidade opticamente refletiva. No saser anglo-ucraniano, o aumento de intensidade das ondas acústicas é mantidopor um engenhoso espaçamento da espessura das camadas da grade, de forma que as camadas funcionam como um espelho acústico (ver a figura aqui). Eventualmente a onda de som emerge do dispositivo em uma estreita faixa angular, como os pulsos de laser. A natureza monoenergética da emissão acústica, entretanto, ainda não foi totalmente verificada. Os pesquisadores acreditam que seu saser seja o primeiro a alcançar a faixa de freqüência de THz, usando uma pequena fonte de energia elétrica. O som coerente na faixa dos Terahertz é um campo relativamente novo de pesquisas. Sendo essencialmente ultrassom com comprimentos de onda medidos em nm, os dispositivos acústicos de THz podem ser usados para modular ondas de luz em dispositivos optrônicos. (Kent et al., Physical Review Letter, 2 de junho de 2006)
EXISTÊNCIA DOS ÁTOMOS CONFIRMADA NOVAMENTE. Uma nova experiência reproduziu um marco de um estudo de 1908 que demonstrou a existência física dos átomos, até mesmo para os muitos que (como o químico William Ostwald) duvidavam que a matéria consistia de partículas microscópicas, em lugar de serem estruturas contínuas na natureza. A nova experiência, realizada em parte como um exercício educativo para os universitários em Harvard, reproduziu (com equipamentos modernos) o trabalho feito em 1908 por Jean-Baptiste Perrin, um físico francês que, por sua vez, procurava verificar uma previsão de Albert Einstein. A miraculosa produção de Einstein em 1905 incluiu publicações famosas sobre a Relatividade Especial ou Restrita (que descrevia características do espaço-tempo e a equivalência entre matéria e energia) e o efeito fotoelétrico (explicando a natureza quântica da luz). As proposições sobre a relatividade e a teoria quântica se mostraram extremamente frutíferas e são freqüentemente postas à prova. Uma terceira publicação deste mesmo ano, devotada à explicação do Movimento Browniano, é, talvez, menos bem conhecida, mas também é de grande importância. O Movimento Browniano, observado pela primeira vez por Robert Brown em 1827, é o entrechoque de um conjunto de pequenas partículas (neste caso, grãos de pólen) com outras partículas, menores ainda (as moléculas de água circundantes). Einstein interpretou esse “empurra-empurra” como o incessante e flutuante efeito cumulativo de todos os presumíveis átomos ou moléculas sobre os grãos; ocasionalmente, a resultante das forças sobre o grão o empurrariam para um lado. Einstein concebeu uma fórmula que relacionava o tamanho dos grãos de pólen e seu movimento momentâneo médio (parte do que é chamado atualmente de “movimento aleatório” = “random walk”) e o tamanho das partículas invisíveis e circundantes que as empurravam (átomos e moléculas). Perrin realizou sua experiência usando emulsões contendo partículas microscópicas de goma-guta (um pigmento) ou mástique (um plástico claro). Usando um microscópio ele, a duras penas, observou, mediu e tabulou diversos deslocamentos das partículas individuais de goma-guta. Dessas observaçoes, ele confirmou as previsões de Einstein acerca da natureza estatística dos movimentos e, a partir disto, se pode calcular o Número de Avogadro, o número de átomos ou moléculas contidos em um mol dessa substância. Isso, por sua vez, apoiou a visão atomística da matéria. A nova versão de Harvard foi fiel ao trabalho de 1908, exceto pelo fato de que uma câmera CCD observou os movimentos das partículas e seus deslocamentos foram analisados por um programa de computador. (Newburgh, Peidle e Rueckner, American Journal of Physics, Junho de 2006).
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Physics News Update n° 778
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 778, de 26 de maio de 2006 por Phillip F. Schewe, Ben Stein, e Davide Castelvecchi
PHYSICS NEWS UPDATE
O ALEIJADO SISTEMA SOLAR. Tendo viajado muito além dos planetas em sua viagem de 28 anos e meio, as duas espaçonaves Voyager vêm fornecendo novas informações sobre a Heliosfera, a bolha em forma de légrima que separa o sistema solar do espaço interestelar. Na Assembléia Conjunta, nesta semana em Baltimore, da União Geofísica Americana (American Geophysical Union – AGU), Ed Stone da Caltech relatou que a heliosfera é deformada, de acordo com as observações das Voyager, com a borda arredondada da lágrima protuberante no topo (o hemisfério Norte do Sistema Solar) e achatado no fundo (o hemisféio Sul). (Figuras e filmes aqui). Como explicou Rob Decker do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, a assimetria se deve a um campo magnético oriundo do espaço interestelar que pressiona o hemisfério Sul. O campo tem a intensidade de cerca de 1/100.000 do campo da Terra, mas seu efeito pode ser sentido por bilhões de milhas, uma vez que atua em uma grande área sobre o gás extremamente diluído nas bordas do Sistema Solar. O campo interestelar achata até uma importante zona esférica dentro da heliosfera, chamada o choque de terminação. De forma análoga ao círculo que se forma quando a água se despeja sobre uma pia, o choque de terminação representa a fronteira na qual o veloz vento solar (a corrente de gás carregado emitido pelo Sol) freia abruptamente e se acumula. As medições da Voyager 2 indicam que a parte Sul da esfera de terminação podem estar um bilhão de milhas mais próxima do Sol do que a parte Norte. Além disso, as forças dos ventos solares fazem com que o choque de terminação “inspire e expire” em cerca de cada doze anos. A Voyager 1 já passou além do choque de terminação, para o heliofólio, a região onde o vento solar e os gases interestelares se misturam. Assim, de certa forma, o final do Sistema Solar não é claramente definido. Stone estima que podem se passar outros 10 anos (3 a 4 bilhões de milhas) antes que as duas astronaves passem pela heliopausa (a fronteira mais externa da heliosfera) e entrem no espaço puramente interestelar. As espaçonaves ainda têm energia disponível para cerca de mais 15 anos. (Sessão SH02 na Assembléia; ver http://www.agu.org/meetings/ja06/?content=search)
Nota do tradutor: eu não estou bem certo dos termos técnicos de astronomia/astrofísica usados em português para “heliosphere”, “termination shock”, etc. Para facilitar a visualização dessas zonas, eu sugiro uma vista à figura da WikiPedia (em inglês) associada à página “Heliosphere“.
CONTANDO FÓTONS DA FAIXA DOS TERAHERTZ. Cientistas da Universidade de Tokyo e da Corporação de Ciência e Tecnologia do Japão conseguiram detectar fótons isolados na região de terahertz do espectro eletromagnético, pela primeira vez. Até agora, esses fótons, com energias de cerca de 4 mili-elétron-volts, não podiam ser observados individualmente. A radiação da faixa de THz, essencialmente no infravermelho longo, é, potencialmente, uma importante portadora para telecomunicações. Pode-se realizar não só a detecção, como também microscopia nas faixas ultra-baixas de THz. Por meio da varredura com um feixe de ponto quântico (altamente sensível à luz da faixa do THz) na superfície de uma amostra, pode-se capturar uma imagem da amostra com uma resolução de 50 microns (a própria radiação tem um comprimentode onda de 132 mícrons). Isto é ainda mais notável quando se considera que a potência emitida a partir da superfície explorada fica no nível de 10-19 Watts (0,1 attowatt). A atual microscopia de contagem de fótons consegue um vislumbre de uns poucos elétrons de cada vez, oscilando nas freqüências de THz em dispositivos semicondutores em fortes campor magnéticos. De acordo com Kenji Ikushima, a extraordinariamente alta sensibilidade da técnica de contagem de fótons em breve vai facilitar o estudo do “rock & roll” (“shaking, rattling and rolling”) de umas poucas moléculas de cada vez, vibrando nas freqüências de THz em dispositivos semicondutores em fortes campos magnéticos. (Ikushima et al., Applied Physics Letters, 10 de abril de 2006; www.dbs.c.u-tokyo.acjp/~komiyama )
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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.
