Uma nova classe de partículas?
DOE/Fermi National Accelerator Laboratory
Partícula estranha surpreende físicos da CDF no Fermilab
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IMAGEM:Experiências revelaram a existência de inesperadas estruturas formadas de quarks — batizadas de partículas X e Y — que não são os mésons e bárions usuais. Crédito: Fermilab
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Batavia, Illinois.– Cientistas da experiência CDF do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi do Departamento de Energia anunciaram ontem (17 de março) que encontraram indícios de uma partícula inesperada cujas curiosas características podem revelar novas maneiras pelas quais os quarks podem se combinar para formar matéria. Os físicos da CDF batizaram a partícula de Y(4140), com referência a sua massa de 4140 MeV. Os físicos não previam sua existência porque a Y(4140) parece não dar a mínima para as regras conhecidas da natureza para juntar quarks e antiquarks.
“Ela deve estar tentando nos contar alguma coisa”, disse o co-porta-voz da CDF, Jacobo Konigsberg da Universidade da Flórida.. “Até agora, não estamos certos sobre o que, mas fiquem seguros que continuaremos prestando atenção”.
A matéria, tal como a conhecemos, é composta de blocos de construção chamados quarks. Os quarks se encaixam de várias formas bem conhecidas para construir outras partículas: mésons, feitos de um par quark-antiquark, e bárions, feitos de três quarks. Até agora, não ficou claro do que, exatamente, a Y(4140) é feita.
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IMAGEM: O Tevatron produz normalmente cerca de 10 milhões de colisões próton-antipróton por segundo, criando algumas vezes partículas conhecidas como mésons B. Os cientistas da CDF descobriram indícios de que alguns mésons B decaem, inesperadamente, em uma estrutura de quarks intermediária chamada de Y(4140). Crédito: Fermilab. |
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A partícula Y(4140) decai em um par de outras partículas, a J/psi e a phi, o que sugere aos físicos que ela pode ser uma composição de quarks charm e anticharm. No entanto, as características desse decaimento não se enquadram nas expectativas convencionais para este arranjo. Outras possíveis interpretações, além de uma simples estrutura quark-antiquark, são: partículas híbridas que também contenham glúons, ou mesmo combinações de quatro quarks.
Os cientistas da CDF observaram as partículas Y(4140) no decaimento de uma partícula muito mais comumente produzida que contém um quark bottom, o méson B+. Peneirando trilhões de colisões próton-antipróton no Tevatron do Fermilab, os cientistas da CDF identificaram uma pequena amostragem de mésons B+ que não decaiam no padrão esperado. Análise posteriores mostraram que os mésons B+ estavam decaindo em Y(4140).
A partícula Y(4140) é o membro mais novo de uma família de partículas com características similarmente desusadas observadas nos vários últimos anos por experimentadores no Tevatron do Fermilab, assim como no Laboratório KEK no Japão e no Laboratório Nacional SLAC, também do Departamento de Energia, na Califórnia.
“Nós congratulamos a CDF pelo primeiro indício da existência de um novo e inesperado estado Y que decai em J/psi e phi”, declarou o físico japonês Masanori Yamauchi, um porta-voz da experiência Belle do KEK. “Esse estado pode ser relacionado com o estado Y(3940) descoberto pela Belle e pode ser outro exemplo de um hádron exótico que contém quarks charm. Nós vamos tentar confirmar a existência desse estado com nossos próprios dados da Belle”.
Os físicos teóricos estão lutando para decodificar a verdadeira natureza dessas combinações exóticas de quarks que recaem fora da atual compreensão dos mésons e bárions. Enquanto isso, os físicos experimentais continuam alegremente a procurar por mais dessas partículas.
“Estamos ampliando nossos conhecimentos peça por peça”, declarou o porta-voz da CDF Rob Roser do Fermilab, “e, com peças suficientes, vamos entender como esse quebra-cabeças se encaixa”.
A observação da Y(4140) é o assunto de um artigo enviado pela CDF para Physical Review Letters nesta semana. Além de anunciar a descoberta da Y(4140), a colaboração CDF apresenta mais de 40 novos resultados na Conferência Moriond sobre Cromodinâmica Quântica, na Europa, esta semana, inclusive a descoberta da produção eletrofraca do quark top e um novo limite no bóson de Higgs, em consonância com os experimentadores da colaboração DZero do Fermilab. Ambas experiências estão seguindo ativamente vastos programas de física, inclusive medições sempre mais precisas dos quarks top e bottom, bósons W e Z, e a busca por novas partículas e forças.
“Graças ao desempenho notável do Tevatron, esperamos aumentar grandemente nossos dados de amostragem no próximo par de anos”, declarou Konigsberg. “Vamos estudar melhor o que descobrimos e — esperamos — realizar novas descobertas. É um período bastante excitante aqui no Fermilab”.
Matéria escura
O Telescópio Hubble apresenta novos indícios da existência de matéria escura em torno de pequenas galáxias
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  IMAGEM: Essas quatro galáxias anãs fazem parte do recenseamento feito no tumultuoso núcleo do Aglomerado Galático de Perseu. |
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Bisbilhotando no tumultuoso coração do vizinho aglomerado de galáxias em Perseu, o Hubble descobriu uma grande população de pequenas galáxias que permaneceram intactas, enquanto galáxias maiores em volta delas foram rompidas pela atração gravitacional das outras galáxias.
As imagens do Hubble fornecem mais indícios de que as galáxias não perturbadas são envoltas por um “colchão” de matéria escura que as protege da vizinhança turbulenta.
A matéria escura é uma forma invisível de matéria que responde pela maior parte da massa do universo. Os astrônomos deduziram a existência da matéria escura através da observação da sua influência gravitacional sobre a matéria comum, tal como as estrelas, gás e poeira.
“Ficamos surpresos em encontrar tantas galáxias anãs no núcleo desse aglomerado que eram tão lisas e redondas, e que não tinham quaisquer indícios de qualquer tipo de perturbação”, declara o astrônomo Christopher Conselice da Universidade de Nottingham, Reino Unido, e líder da equipe que realizou as observações com o Hubble. “Essas anãs são galáxias muito velhas, que estão no aglomerado há muito tempo. Portanto, se alguma coisa tivesse que causar disruptura nelas, isso já teria acontecido. Elas devem ser galáxias muito dominadas — muito mesmo — por matéria escura”.
As galáxias anãs podem ter uma quantidade ainda maior de matéria escura do que as galáxias espirais. “Com esses resultados, não podemos dizer se o conteúdo de matéria escura das anãs é maior do que o da Via Láctea”, diz Conselice. “Entretanto, o fato de que as galáxias espirais são destruídas nos aglomerados, enquanto que as anãs não são, sugere que é esse mesmo o caso”.
Proposta inicialmente a cerca de 80 anos atrás pelo astrônomo suíço Fritz Zwicky, a matéria escura é considerada a cola que mantém as galáxias íntegras. Os astrônomos sugerem que a matéria escura seja o elemento estrutural báscio para o universo, formando o esqueleto para a formação das galáxias através da atração gravitacional.
As observações feitas pela Câmera Avançada para Pesquisas do Hubble, localizaram 29 galáxias elípticas anãs no Aglomerado de Perseu, localiado a 250 milhões de anos-luz da Terra e um dos aglomerados galáticos mais próximos. Dessas galáxias, 17 são descobertas novas.
Uma vez que a matéria escura não pode ser vista, os astrônomos detectam sua presença através de indícios indiretos. O método mais comum é medir as velocidades de estrelas insividuais ou grupos de estrelas, enquanto eles se movem aleatoriamente dentro da galáxia, ou enquanto eles giram em torno da galáxia. O Aglomerado de Perseu é muito distante para que os telescópios distinguam estrelas individuais e meça seus movimentos. Assim, Conselice e sua equipe criaram uma nova técnica para descobrir a matéria escura nessas galáxias anãs, através do cálculo do mínimo necessário de massa adicional, oriundo de matéria escura, que as galáxias anãs tinham que ter para serem protegidas da disrupção pelas fortes forças de maré das galáxias maiores.
O estudo detalhado dessas pequenas galáxias só foi possível por causa da precisão da Câmera Avançada para Pesquisas do Hubble. Conselice e sua equipe primeiro observaram as galáxias com o telescópio WIYN no Observatório Nacional em Kitt Peak. Essas observações, segundo Conselice, apenas deram indícios de que várias das galáxias eram lisas e, portanto, dominadas por matéria escura. “Essas observações com base em terra não conseguiam distinguir as galáxias, de forma que precisamos do Hubble para resolver o caso”.
Os resultados do Hubble foram publicados na edição de 1 de março de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
“Por dentro da ciência” do Instituto Americano de Física (4/2/09)
4 de fevereiro de 2009
A Grande Mancha Vermelha Ficou Menor
Imagens mais nítidas mostram que a maior tempestade de Júpiter está encolhendo
Por Phillip F. Schewe
Colaborador do ISNS
Os cientistas que estudam a Grande Mancha Vermelha de Júpiter — o “furacão” joviano que gira rapidamente e tem duas vezes o diâmetro da Terra — produziram o melhor mapa, até agora, das velocidades dos ventos no planeta gigante, um lugar onde as rajadas de vento são freqüentemente de 480 km/h ou mais. Os mapas consistem de dezenas de milhares de medições de velocidades e fornecem uma imagem nítida do que está acontecendo com a Mancha.
Com efeito, de acordo com Xylar Asay-Davis, um cientista da Universidade da Califórnia em Berkeley, esses mapas representam os mapas planetários [de Júpiter] com a maior definição e maior precisão jamais produzidos. A Mancha é uma tempestade “anti-ciclônica” com a forma de um losango que tem exibido sua fúria em Júpiter por pelo menos três séculos. Tal com meteorologistas que estudam os furacões da Terra para compreender melhor o comportamento de tempestades violentas, os astrônomos planetários tentam registrar imagens detalhadas da Mancha para compreender melhor o tempo em Júpiter — um planeta sem uma superfície sólida visível e que é, pelo menos de nosso ponto de vista, somente um complexo de condições atmosféricas.
Imagens detalhadas são difíceis de obter, uma vez que a Mancha está sempre em movimento e tem que ser imageada por meio de uma complicada dança. Em primeiro lugar, o planeta como um todo gira a mais de 44.000 km/h no seu equador, o que o torna o planeta que gira mais rápido no Sistema Solar. Aí então, a Mancha está em movimento ao longo de sua faixa horizontal, uma faixa de nuvens que se estica em torno de todo o planeta. Por sua vez, a faixa está em movimento com relação a outras faixas paralelas em outras latitudes. Além disso, a mancha gira no sentido anti-horário, completando um giro a cada seis dias terrestres. Finalmente, a câmera que tira as fotografias, montada em espaçonaves que passam próximas a Júpiter, inclusive as Galileo e Cassini, estão, elas próprias, atravessando o espaço a milhares de quilômetros por hora.
Asay-Davis explica que uma outra complicação para medir a Mancha, é o fato de que as nuvens que não fazem verdadeiramente parte da Mancha, ficam pairando nas proximidades. Algumas dessas nuvens arrancam pedacinhos da Mancha, ou são, por sua vez, absorvidas pela Mancha. A única maneira confiável para medir a extensão e amplitude da Mancha, prossegue ele, é medir as velocidades dos ventos em escala planetária.
Os mapas de alta definição criados por Asay-Davis e seus colegas extraem dados da Galileo, Cassini e de observações feitas pelo Telescópio Espacial Hubble Space Telescope, e são processados por software sofisticado. A partir de toda essas contas, a equipe de cientistas deduziu que a Mancha encolheu nos últimos doze anos. A Mancha tem sobrevivido pelos últimos 300 anos e não corre o risco de se dissipar, explica Asay-Davis. As nuvens vizinhas que se chocam regularmente com a Mancha, podem retirar de ou adicionar energia à mesma.
Asay-Davis’s relatou suas descobertas em uma reunião da divisão de dinâmica dos fluidos da American Physical Society.
(link para uma imagem de alta definição da Grande Mancha Vermelha)
(link para uma animação do comportamento da Grande Mancha Vermelha, na WikPedia)
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
Physics News Update nº 879
O Boletim de notícias sobre pesquisas do Instituto Americano de Física, nº 879 de 19 de dezembro de 2008.
AS “DEZ MAIS” DA FÍSICA NESTE ANO
O antigo Assessor para Ciências Presidencial Vannevar Bush se referiu à ciência como uma fronteira infinita de novas descobertas. Então, quais foram as grandes descobertas na física em 2008? A lista seguinte foi escolhida por editores e escritores de ciências no Instituo Americano de Física e na Sociedade Americana de Física. Ela peneira uma série de descobertas nas seguintes dez áreas, sem qualquer ordem de precedência.
SUPERCONDUTORES
Novidade: A descoberta de uma classe pouco usual de materiais feitos de ferro e arsênio. Os supercondutores não perdem energia quando a eletricidade passa por eles, desde que tenham sido resfriados a temperaturas muito baixas. Os supercondutores são usados em aplicações específicas, onde altas correntes elétricas são necessárias, tais como nos tomógrafos dos hospitais ou nos magnetos usados nos aceleradores de partículas. Há duas razões para que os superondutores não sejam mais largamente utilizados, como, por exemplo, a transmissão de energia elétrica: os supercondutores precisam de um monte de aparelhagens de refrigeração e é difícil de transformar o material em fios com comprimentos de quilômetros.
Os novos materiais de ferro-arsênio são os primeiros de “alta temperatura” (o que, na verdade, quer dizer algumas dezenas de graus K) que permanecem supercondutores acima dos 50 K que não contém cobre; os materiais com cobre são quebradiços. Os pesquisadores esperam que a versão ferro-arsênio possam levar a uma manufatura mais prática de fio supercondutor. Além disso, ter uma nova classe de materiais para estudar pode ajudar os teóricos a compreender como os supercondutores de “alta temperatura” funcionam, para começo de conversa.
Literatura: Um sumário do trabalho nessa área pode ser encontrado em Physics Today, edição de maio de 2008; o acompanhamento do tópico pela APS,; visão geral e um texto de artigo específico em Physical Review Letters (PRL)
GRANDE COLISOR DE HÁDRONS (LARGE HADRON COLLIDER, ou LHC)
Novidade: O LHC, o maior instrumento científico do mundo, começou a funcionar em setembro. Nesse enorme acelerador de partículas, localizado debaixo do solo perto de Genebra, Suíça, dois feixes de prótons, cada um viajando a uma velocidade sem precedentes, serão esmagados, um contra o outro. O objetivo é criar novas partículas exóticas que não podem ser observadas senão na minúscula bola de fogo criada pelas violentíssimas colisões. Essas colisões ainda não aconteceram, porém os físicos tiveram sucesso no envio de feixes de prótons em ambas as direções, em torno do anel de 27 km do LHC. Problemas com alguns dos aparelhos forçaram um fechamento prematuro do LHC, pouco depois. O funcionamento deve recomeçar em meados de 2009.
Literatura: um sumário dos defeitos nos magnetos que paralizaram os testes em setembro e um calendário de funcionamento podem ser encontrados aqui.
PLANETAS
Novidades: Planetas orbitando estrelas distantes foram imageados diretamente e uma pletora de resultados interessantes veio de espaçonaves orbitando perto dos planetas do nosso próprio Sistema Solar. Planetas extrasolares que orbitam estrelas distantes, já tinham sido detectados de maneira indireta, por meio da observação do que acontece com a luz que vem da estrela. Porém, agora, o brilho da estrela foi suficientemente bloqueado, de maneira que se pode obter imagens do próprio planeta. Os telescópios Gemini, Keck e Hubble forneceram as imagens. Ver literatura em aqui.
Em nosso próprio Sistema Solar, em Mercúrio, a espaçonave Messenger (que será a primeira a orbitar o planeta) fez os primeiros mapas de grandes partes da superfície. Ela também estabeleceu que o campo magnético de Mercúrio é altamente simétrico. Literatura em aqui. Em Saturno, a espaçonave Cassini descobriu geysers perto da extremidade Sul da lua Enceladus. Literatura:aqui ).
Em Marte, medições feitas por várias espaçonaves reforçaram os indícios em favor da existência de geleiras no subsolo das regiões polares. Enquanto isso, a espaçonave Venus Express obteve imagens em vários comprimentos de onda, facilitando, entre outras coisas, uma melhor compreensão das nuvens de Vênus. Imagens na faixa UV do planeta: aqui.
QUARKS
Novidades: Combinações raras de quarks foram observadas pela primeira vez. Os físicos acreditam que um átomo consiste de um ou mais elétrons que orbitam um núcleo centras. O núcleo, por sua vez, é feito de prótons e nêutrons, e estas partículas são feitas de algo ainda mais elementar: quarks, mantidos juntos por glúons.
A maior parte das partículas nucleares são compostas por dois tipos de quark: “up” e “down”. Além desses, existem quatro outros tipos de quark. Uma das descobertas foi o avistamento de uma partícula nuclear que contém o raro quark “bottom”. Na experiência D0 do Fermilab, uma partícula (uma versão com o quark “bottom” do híperon omega) contendo dois quarks “strange” e um quark “bottom” foi detectada; literatura em Physics Today, edição de nov de 2008); resultados publicados na PRL.
O mais baixo possível estado energético de “bottomonium”, uma familia de estados entrelaçados que consiste de um quark “bottom” e um “anti-bottom”, foi observado no Detector Balbar no SLAC; literatura em Physics Today, edição de setembro de 2008; sumário e texto aqui ; press release aqui
No laboratório KEK no Japão, várias partículas parecidas com mésons que, se acredita, contenham quatro em lugar dos dois usuais) quarks, foram observadas no detector Belle; literatura em Physics Today, edição de junho de 2008). Finalmente, houve progressos na predição das massas de partículas nucleares, utilizando simulações computadorizadas de interações entre os quarks (ver resultados na edição de 21 de novembro da Science, 21 e uma avaliação na revista Nature de 27 nov).
A COISA MAIS DISTANTE VISÍVEL
Novidade: Ver um clarão de luz vindo de 7 bilhões de anos luz além. Um dos mais brilhantes de todos os objetos celestiais são os emissores de jatos de Raios Gama, objetos esses que emitem enormes quantidades de radiação Gama, a forma mais energética de luz. O mais potente emissor de raios Gama jamais observado foi descoberto pelo satélite Swift — especialmente projetado para detectar raios Gama — e por outros telescópios também. Deduziu-se que esse jato de radiação veio de um lugar no espaço a 7 bilhões de anos luz de distância e foi brilhante o suficiente para ser observado a olho nu. Já que olhar para o espaço é o mesmo que olhar para trás no tempo, este clarão teria vindo de um instante em que o universo tinha metade de sua idade atual.
Publicado na Nature, 11 de setembro; imagem aqui
MOLÉCULAS ULTRA-RESFRIADAS
Novidade: Pela primeira vez se consegue acumular um grande número de moléculas a uma temperatura próxima do zero absoluto. Usar lasers para frear um gás de partículas até a quase imobilidade é, atualmente, um processo padrão para medir as sutis propriedades de átomos. Steven Chu, nomeado Secretário de Energia, ganhou um prêmio Nobel pelo pioneirismo neste assunto.
Resfriar moléculas da mesma maneira é difícil, já que as moléculas, feitas de dois ou mais átomos, têm movimentos internos mais complicados. Porém, neste ano, diversos laboratórios tiveram sucesso em, primeiro, congelar os átomos e, depois, em uma temperatura próxima do zero absoluto, conseguir que eles se combinassem em moléculas.
Os laboratórios do NIST/Colorado (Science, 10 out) e da Universidade de Innsbruck (PRL, 26 set) conseguiram emparelhar átomos em moléculas e coletá-las em armadilhas em altas densidades e temperaturas muito baixas. A experiência do NIST produziu moléculas a partir de átomos de rubídio e potássio (publicado na Science). Os pesquisadores de Innsbruck colocaram os átomos de rubídio em uma grade óptica, antes de os condensarem em moléculas.
Literatura: PNU nº 875, matéria 1; figura aqui; artigo da PRL aqui
DETECTORES DE DIAMANTE
Novidade: Conseguir que pequenas imperfeições nos diamantes nos contem como os átomos se comportam como pequeninos magnetos. Os diamantes são muito queridos por conta de sua dureza e sua claridade, que os torna populares na joalheria. Mas eles também podem ser úteis na criação de um novo tipo de circuito eletrônico. Os diamantes são feitos de uma cadeia entrecruzada de átomos de carbono. Se faltar um átomo de carbono nessa rede, o buraco vazio, combinado com um átomo de nitrogênio extraviado, funciona como uma estranha molécula no meio de todos esses átomos de carbono.
Essa “molécula” pode se acender como um pequeno LED quando se aplica uma luz laser. Isso, por sua vez, pode ser usado para medir magnetismo extremamente fraco. As possíveis aplicações incluem a armazenagem de dados para computadores ou detectores de alta sensibilidade. Manipulando o spin de um elétron apanhado em um buraco em uma amostra de diamante, os cientistas da Universidade de Tecnologia de Delft (Delft, Holanda) e da Universidade da Califórnia em Santa Barbara detectaram o spin de um elétron isolado (Science, 18 de abril); enquanto isso, um grupo de Harvard (Nature, 2 out) localizou a posição de uma impureza de carbono-11 isolada no diamante em um entorno de 1 nanômetro, através das interações de spin nuclear do átomo; ver o sumário aquil.
RAIOS CÓSMICOS
Novidade: Experiências resolvem um mistério e descobrem outros. Os raios cósmicos são partículas extremamente energéticas que voam pelo cosmos. Quando elas se chocam com nossa atmosfera, se descobre que a maioria deles são partículas ordinárias, tais como prótons ou elétrons, porém com energias milhares ou milhões de vezes maiores do que as partículas aceleradas nos aceleradores de partículas existentes na Terra. Aqui estão os novos resultados.
- Um detector de raios cósmicos, o Observatório Pierre Auger, observou, agora, uma efetiva diminuição de raios cósmicos nas faixas mais altas de energia (na faixa acima de 4 x 1019 elétron volts); isso resolve um mistério associado com algumas observações anteriores que sugeriam um excesso de tais eventos; artigo da PRL: aqui .
- A experiência Milagro produziu um mapa celeste dos raios cósmicos incidentes. Isso estabelece um novo mistério, uma vez que alguns eventos de altíssima energia (na faixa de 10 trilhões de elétron volts) parecem vir preferencialmente de umas poucas direções no espaço (artigo da PRL em aqui ).
- Outro mistério diz respeito às descobertas de dois detectores mantidos nas alturas — um por um balão e outro por um satélite — que procuravam por anomalias no número de antipartículas que chegam junto com as partículas normais entre os raios cósmicos que atingem a Terra. Eles constataram um excesso de tais partículas, o que alguns interpretam como um indício para a “matéria escura”, uma classe de partículas muito fracamente interativas ainda não observada. [N.T: a redação em inglês está ambígua… provavelmente é uma referência às propostas “WIMPS”, Weak Interacting Massive ParticleS]
Os cientistas associados com o detector a bordo do balão (ATIC) (Nature, 20 nov) e do satélite PAMELA (aqui nos arxives) relatam indícios de um excesso de raios cósmicos constituídos de elétrons (e talvez também de posítrons) em energias de centenas de GeV. Essa descoberta é atribuída em algumas expliações pela aniquilação de partículas pesadas de matéria escura (notícias na PT aqui )
LUZ PASSA ATRAVÉS DE MATÉRIA OPACA
Novidade: Fazer com que a luz se comporte de maneira diferente. Quando a luz atinge um material opaco, assim como o leite, a maior parte da radiação é espalhada; pouco dela passa pela amostra. Porém, uma experiência da Universidade de Twente na Holanda, mostrou que muito mais da luz pode ser feito atravessar o material dispersor se, previamente, a frente de onda da luz incidente for moldado por filtros especiais.
Literatura: sumário em Physics Today, set 2008); um ensaio da APS e o artigo da pesquisa estão disponíveis aqui
RESFRIAMENTO MACROSCÓPICO POR REALIMENTAÇÃO
Novidade: Os cientistas do laboratório AURIGA em Padova, Itália, resfriaram uma barra de alumínio de uma tonelada a uma temperatura abaixo de 1 milli-kelvin usando circuitos elétricos especiais. A barra é uma peça de um detector projetado para medir as ondas gravitacionais que passam, vindas do espaço. Usando sensores magnéticos e bobinas de realimentação, a ressonância da barra (que é essencialmente um enorme diapasão) em uma freqüência característica foi resfriada de uma temperatura equivalente de 4 K (a temperatura do banho de hélio líquido no qual a barra fica imersa) até uma temperatura de cerca de 0,17 mK. Temperaturas mais baixas do que essa já foram conseguidas com essa técnica de resfriamento por realimentação, mas somente massas muito menores.
Literatura: ensaio e artigo na PRL aqui
Phillip F. Schewe
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PHYSICS NEWS UPDATE é um apanhado de notícias vindas de congressos de física, publicações diversas de física e outras fontes de notícias. É distribuído de graça como um meio de disseminar informações sobre a física e os físicos. Por isso sua divulgação é livre, desde que devidamente concedido o crédito à Associação Americana de Física. Physics News Update é publicado mais ou menos uma vez por semana.
“Por Dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (8/12/08)
8 de dezembro de 2008
Por Jim Dawson
Inside Science News Service
E Você Pensava que os Elfos Eram Pequenininhos
Como é que Papai Noel e suas renas voadoras fazem para cobrir cerca de 5.200.000 km², parar em mais de 80 milhões de residências e entregar exatamente o brinquedo que cada criança deseja, tudo em uma única noite? Os cientistas têm trabalhado neste problema por anos a fio e as soluções estão começando a aparecer. Em 1998, os cientistas do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi, próximo a Chicago, resolveram o problema do “cara gordo passando pela chaminé”, ao observarem que, se Papai Noel está viajando a uma velocidade próxima à da luz, seu corpo ficaria esticado por uma contração de Lorentz-Fitgerald e ele caberia. Eles também estabeleceram que, viajando somente um pouco abaixo da velocidade da luz, isso permitiria que ele visitasse os milhões de crianças em sua lista em cerca de 500 segundos.
Agora, um pesquisador da North Carolina State University, Raleigh, adicionou alguns dados à base de dados “Noélicos”, observando que Papai Noel e seus elfos provavelmente disõem de “conhecimentos avançados em ondas eletromagnéticas, do contínuo espaço-temporal, nanotecnologia, engenharia genética e ciências da computação”. Larry Silverberg, um engenheiro mecânico e aeroespacial, acredita que Papai Noel tem um “canal de informação” para os pensamentos das crianças, através de uma “antena receptora que combina as tecnologias atualmente usadas nos telefones celulares e EEGs (eletroencefalogramas). Um sofisticado sistema de comunicações processa os sinais, filtrando os dados, dando a Papai Noel as dicas sobre quem deseja o que, onde as crianças moram e quem foi bonzinho ou não”. Silverberg também observou que os dados são, provavelmente, processados em um sistema de navegação “onboard” do trenó.
No tocante às renas nos telhados, distribuindo os milhões de brinquedos, Silverberg oferece a seguinte explicação: “Suas renas — geneticamente modificadas para poderem voar, se equilibrar nos telhados e enxergar bem no escuro — não tracionam de verdade um trenó cheio de brinquedos. Em lugar disso, cada casa se torna a oficina de Papai Noel, porque ele utiliza um nano-fabricador-de-brinquedos {do tamanho de um punhado de átomos] para fabricar os brinquedos dentro das casas das crianças. Os presentes são criados no local, quando os nano-fabricadores-de-brinquedos criam — átomo por átomo — os brinquedos a partir de neve e fuligem, de modo bem parecido com o qual o DNA consegue comandar o crescimento de materiais orgânicos tais como tecidos e órgãos.”
Finalmente, Silverberg alerta as crianças para “não confiarem demais nas opiniões daqueles que dizem que não é possível entregar presentes pelo mundo inteiro em uma noite. É possível e isso se baseia em ciência plausível”.
Tome Duas Aspirinas e Chame Sua Camisa
A idéia de tecidos “eletrônicos” vem sendo discutida pelos cientistas há vários anos, freqüentemente no centxto de tecidos emissores de luz que podem fazer com que o vestuário mude de cores e reflita as cores de maneiras pouco usuais. Novas pesquisas, publicadas em Nano Letters, avalia a possibilidade de incorporar nanotecnologia em fibras de algodão para fabricar “vestuário com alto-conteúdo-tecnológico”. As fibras de algodão podem ser revestidas com eletrólitos (condutores de eletricidade) e nanotubos de carbono, e, então, revestidos com anticorpos que detectem a presença de albumina, uma proteína chave do sangue. Nicholas Kotov, da Universidade de Michigan, Ann Arbor, observa que as roupas podem se tornar “sensores biomonitores e telemédicos”, que poderiam monitorar e difundir os sinais vitais de uma pessoa, progressos de doenças, ou poderiam mesmo detectar se um soldado em combate foi ferido. Kotov também afirma em seu artigo, em parceria com vários cientistas da Universidade Jiangnan, Wuxi, China, que deve ser possível criar fibras para vestuário que “coletem e armazenem energia”, permitindo que as pessoas se tornem seus próprios sistemas geradores e acumuladores de energia.
Um toque de tom verde, ou vermelho
Pesquisadores da Universidade Brown, em Providence, Rhode Island, EUA, descobriram que existe uma diferença genérica na cor da pele de homens e mulheres caucasianos: os homens têm a pele mais avermelhada e as mulheres tendem a ser mais “esverdeadas”. Para realizar o estudo, Michael Tarr, um cientista da cognição, analisou 200 imagens de homens e mulheres. Essas imagens foram fotografadas em 3-D, sob condições idênticas de iluminação e sem maquilagem. Tarr e seus colegas usaram um computador para analisar a quantidade de pigmento vermelho e verde nas faces. “Se houver mais do extremo vermelho do espectro [o rosto] tem uma maior probabilidade de ser um homem”, explica ele. “Se estiver mais para o lado verde do espectro, há uma probabilidade maior de ser uma mulher”.
Tarr criou um rosto composto, sexualmente ambíguo, e “nubliou” a imagem com ruído visual, semelhante à estática em uma tela de TV. Um grupo de estudantes, então, olhou para milhares de versões da imagem, alguns tingidos ligeiramente mais verde, outros ligeiramente mais vermelhos. Os estudantes identificavam cada imagem como homem ou mulher, e os resultados mostraram que as faces avermelhadas eram identificadas, de maneira consistente, como sendo de homens, enquanto as esverdeadas eram identificadas como mulheres. O estudo, publicado na revista Psychological Science, tem implicações nas pesquisas de ciência cognitiva, especialmente sobre nossa percepção de faces. Isto também pode ter aplicações no desenvolvimento de uma melhor tecnologia de reconhecimento facial, declarou Tarr, bem como para a indústria de propaganda.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
Vênus “revelada”
Mistérios de Vênus revelados em comprimentos de onda invisíveis aos olhos humanos
Novas imagens obtidas pelos instrumentos a bordo da nave espacial da Agência Espacial Européia (ESA) “Venus Express” propiciam um ponto de vista inteiramente novo sobre a atmosfera turbulenta do planeta vizinho e revelam que os padrões globais no topo das nuvens venusianas são um resultado das temperaturas variáveis e da altitude das nuvens.
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Altimetria do topo das nuvens |
Usando as câmeras sensíveis ao ultravioleta e infravermelho da espaçonave, a equipe da “Venus Express”, que inclui cientistas do Reino Unido, foram capazes de comparar os diferentes aspectos apresentados pelo planeta em diferentes comprimentos de onda, o que lhes permitiu estudar as condições físicas e dinâmicas da atmosfera do planeta. Os resiltados serão publicados hoje (4/12) na revista Nature.
O Professor Fred Taylor, um dos cientistas da “Venus Express”, da Universidade de Oxford e com o apoio do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido (STFC), declarou: “As características observadas em Vênus, no espectro ultravioleta, têm sido um quebra-cabeças para os cientistas por quase um século. Essas novas imagens revelaram a estrutura nas nuvens que as produz e demonstra como elas resultam de um comportamento meteorológico complexo. Agora podemos estudar muito mais detalhadamente e tentar entender as origens de características tais como os vórtices semelhantes a furacões que ficam sobre os Polos Norte e Sul. Tal como muitas coisas em Vênus, inclusive o aquecimento global, essa característica tem semelhanças com o processo atmosférico e ambiental na Terra, só que a versão venusiana é muito mais extrema.”
As observações feitas com a câmera ultravioleta mostram várias características de alto contraste. A causa é a distribuição desigual de uma misteriosa substância química na atmosfera que absorve luz ultravioleta, criando zonas brilhantes e escuras. Mas qual é a espécie de substância química que cria essas zonas de alto contraste é algo ainda indeterminado. As candidatas mais simples já foram excluídas e a nova favorita é um composto complexo de enxofre. Provavelmente será necessário efetuar medições dentro das nuvens para identificá-la, mas já se sabe que a atmosfera de Vênus é carregada de enxofre vindo das erupções vulcânicas na superfície por baixo.
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Hemisfério Sul de Vênus |
O Professor Keith Mason, Executivo Chefe do STFC, declarou: “Estas novas imagens nos fornecem uma enorme gama de informações sobre as condições atmosféricas deste fascinante planeta vizinho. Agora podemos estudar Vênus mais detalhadamente, para compreender mais acerca de seus processos complexos.”
Com os dados da “Venus Express”, os cientistas aprenderam que as áreas equatoriais de Vênus que aparecem escuras na luz ultravioleta, são regiões de temperatura relativamente alta, onde a convecção intensa traz para cima o misterioso material da superfície. Em contraste, as regiões brilhantes nas latitudes médias são áreas onde a temperatura da atmosfera diminui com a profundidade, o que impede o ar de subir. Este efeito é mais extremo em um largo cinturão em torno dos polos, apelidado de “colar frio”, que aparece ainda mais escuro, portanto mais frio, nas medições em infravermelho, entretanto aparece como uma faixa brilhante nas imagens em ultrvioleta.
As observações no infravermelho foram usadas para mapear a altitude do topo das nuvens. De maneira surpreendente, as nuvens, tanto nos trópicos escuros, como nas brilhantes latitudes médias, estão localizadas na mesma altitude de cerca de 72 km acima da superfície. Na latitude de 60 graus, os topos das nuvens começam a afundar, alcançando um mínimo de cerca de 64 km no “olho” de um vórtica semelhante a um furacão, no polo, o qual mede cerca de 2000 km de diâmetro de gira em torno do polo a cada 2,5 dias.
Links para Imagens
- Vênus no ultravioleta
Imagem tomada pela Câmera de Monitoramento de Vênus no ultravioleto (0,365 micrômetros), de uma distãncia de cerca de 30.000 km.
Mostra diversos altos contrastes, causados por uma substância química desconhecida nas nuvens que absorve a luz ultravioleta, criando as zonas brilhantes e escuras.
Créditos: ESA/MPS/DLR/IDA. - Vênus no ultravioleta e no infravermelho
A parte inferior à esquerda mostra um mapa da inversão de temperatura no topo das nuvens venusianas, obtido a partir do Espectrômetro Imageador Térmico de Luz Visível e Infravermelho (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer, VIRTIS), no lado noturno do planeta. Quanto mais escura a região, mais frios são os topos das nuvens. Acima à direita está uma imagem em ultravioleta do lado diurno venusiano, capturada pela Câmera de Monitoração de Vênus (Venus Monitoring Camera, VMC), simultaneamente com a imagem noturna em infravermelho.
O ultravioleta revela a estrutura das nuvens e as condições dinâmicas da atmosfera, enquanto o infravermelho fornece informações sobre a temperatura e a altituade do topo das nuvens.
Créditos: VMC: ESA/MPS/DLR/IDA VIRTIS: ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA. - Altimetria do topo das nuvens
Uma imagem ultravioleta da VMC com um mosaico colorido superposto, mostrando a altitude do topo das nuvens. O mosaico colorido é derivado das medições simultâneas de pressão feitas pelo VIRTIS.
Créditos: VMC: ESA/MPS/DLR/IDA VIRTIS: ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA. - Hemisfério Sul de Vênus
figura 1
figura 2
figura 3
Neste mosaico, as imagens infravermelhas foram tomadas em um comprimento de onde de 5 micrômetros (em vermelho) e foram superimpostas a imagens em ultravioleta, tomadas a 0,365 micrômetros.
As áreas brilhantes nas imagens infravermelhas seguem as temperaturas do topo das nuvens. O objeto oval que aparece nessas imagens é o olho gigante de um furacão, ou vórtice polar, no Polo Sul do planeta. Seu centro é deslocado do Polo Sul e a estrutura tem cerca de 2.000 km de diâmetro, girando em torno do polo a cada 2,5 dias. A atmosfera gira no sentido anti-horário na figura.
Créditos: VMC: ESA/MPS/DLR/IDA VIRTIS: ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA.
Contatos
- Julia Short
STFC Press Office
Tel: +44 (0)1793 442 012
Mob: +44 (0)777 027 6721 - Professor Fred Taylor
University of Oxford
Link
A “Doce Vida” Extraterrestre
Molécula Doce pode nos levar até a vida extraterrestre
Cientistas detectaram uma molécula de açúcar orgânico que é diretamente ligada à origem da vida, em uma região de nossa Galáxia onde pode haver planetas habitáveis. Esta descoberta, financiada parcialmente pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido (Science and Technology Facilities Council = STFC), foi publicada ontem, 25 de novembro, no website “Astro-ph”.
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Interferômetro do Plateau de Bure |
A equipe internacional de pesquisadores que inclui uma pesquisadora do University College London (UCL), usou o rádio telescópio IRAM na França para detectar a molécula em uma região onde ocorre uma massiva formação de estrelas no espaço, a uns 26.000 anos luz da Terra.
A Dra. Serena Viti, uma dos autores do artigo do University College London, declarou: “Esta é uma importante descoberta, porque é a primeira vez que se detecta um glicoaldeído, um açúcar básico, na direção de uma região de formação de estrelas, onde planetas que podem potencialmente abrigar a vida, podem existir”.
A molécula — glicoaldeído — só foi detectada anteriormente na direção do centro da galáxia, onde as condições são extremas, em comparação ao resto da galáxia. Esta nova descoberta, em uma área longe do centro da galáxia, também sugere que a produção desse ingrediente chave para a vida pode ser comum ao longo da galáxia. Isto é uma boa notícia para nossa busca por vida extraterrestre, na medida em que uma grande abundância de moléculas aumenta as chances delas existirem juntamente com outras moléculas essenciais para a vida e em regiões da galáxia onde podem existir planetas semelhantes à Terra.
A equipe foi capaz de detectar o glicoaldeído usando o telescópio para observar a região, com uma grande resolução angular e em diferentes comprimentos de onda. As observações confirmaram a presença de três linhas de glicoaldeído na direção mais central do núcleo da região.
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Modelo da molécula de glicoaldeído |
O glicoaldeído, o mais simples dos monossacarídeos, pode reagir com a substância propenal, formando a ribose, um dos componentes principais do Ácido Ribonuclêico (RNA), que se acredita ser a molécula central para a origem da vida.
O Professor Keith Mason, Executivo-Chefe do Conselho de Instalações de Ciência de Tecnologia (STFC), declarou: “A descoberta de uma molécula de açúcar orgânico em uma rgião de formação de estrelas no espaço é muito estimulante e fornecerá informações incrivelmente úteis para nossa busca por vida extraterrestre. Pesquisas como esta, combinadas com a vasta gama de outros projetos astronômicos que envolvem astrônomos do Reino Unido, estão continuamente expandindo nosso conhecimento do universo e mantendo o Reino Unido na vanguarda da astronomia”.
Contatos
- Julia Short
STFC Press Office
Tel: +44 (0)1793 442 012
Mob: +44 (0)777 027 6721 - Dr Serena Viti
Dept of Physics and Astronomy
University College London
Tel: +44 (0)20 7679 3435
O artigo será também publicado em Astrophysical Journal Letters.
A equipe internacional de cientistas vem de:
- Universitat de Barcelona-CSIC, Barcelona
- INAF-Istituto di Radioastronomia e INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Florence
- University College London
- Institute de Radiastronomie Millimétrique, Grenoble
A região de formação de estrelas onde as moléculas de glicoaldeído foram descobertas, é conhecida como G31.41+0.31
Para maiores informações sobre o Institut de RadioAstronomie Millimétrique (IRAM).
Versão online do artigo no Astrophysical Journal.
Copyright: STFC. Traduzido com permissão expressa dos autores.
Bactérias, Movimento Browniano… e a Universidade Brown
Como as bactérias nadam? Os físicos da Brown explicam
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 IMAGEM: físicos da Universidade Brown completaram o estudo mais detalhado de como bactérias como a unicelular Caulobacter crescentus nada e como seu movimento é influenciado pelo arrasto hidrodiâmico e pelo movimento Browniano.Crédito: Guanglai Li, Brown UniversityClique aqui para a imagem ampliada. |
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PROVIDENCE, Rhode Island. [Universidade Brown] — Imagine-se nadando em uma piscina: o que dita a velocidade e a direção com que você nada é o movimento de seus braços e pernas, não a viscosidade da água.
Para organismos minúsculos, a situação é diferente. A direção e a velocidade do micróbios são mais sujeitos às variações físicas do fluido em torno deles.
“Para as bactérias, nadar em água é como para nós seria nadar em mel” explica Jay Tang, professor associado de física na Universidade Brown, “O arrasto hidrodinâmico é dominante”.
Tang e sua equipe na Brown acabaram de completar o estudo mais detalhado dos padrões de natação de uma bactéria em particular, Caulobacter crescentus. Em um artigo publicado on-line nesta semana em Proceedings of the National Academy of Sciences (edição impressa de 25 de novembro), os pesquisadores demonstram como a movimentação desse micróbio é afetado pelo arrasto e pelo fenômeno do Movimento Browniano. As observações parecem ser igualmente válidas para diversas outras bactérias, diz Tang, e lança novas luzes sobre como esses organismos catam resíduos e como eles se aproximam de superfícies e “grudam” nelas.
A Caulobacter é um organismo unicelular com uma espécie de “cauda”, chamada “flagelo”. Quando ela nada, seu corpo celular redondo gira em uma direção, enquanto a cauda gira na direção oposta. Isto cria um torque, o que ajuda a explicar o movimento não-linear da bactéria através de um fluido. O que Tang e sua equipe descobriram, no entanto, é que a Caulobacter também é influenciada pelo movimento Browniano, que é o movimento em ziguezague que acontece quando partículas imersas são esbarradas pelas moléculas do meio circundante. Isso significa que, com efeito, a Caulobacter está sendo jogada para lá e para cá pelas moléculas de água circundantes, enquanto nada.
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Esse efeito conjunto da interação hidrodinâmico e o movimento Browniano rege os padrões circulares da Caulobacter e vários outros microorganismos, descobriram os cientistas.
“Forças aleatórias são tanto mais importantes quanto menor for o objeto”, argumenta Tang, cuja equipe incluiu Guanglai Li, professor (pesquisador) assistente da Brown, e Lick-Kong Tam, um estudante recentemente graduado na Brown que agora estuda engenharia biomédica na Universidade Yale University. “No tamanho da Caulobacter, as forças aleatórias se tornam dominantes”.
Os pesquisadores também descobriram outra “dica” para o padrão de natação: os círculos descritos pela Caulobacter nadando, ficam mais apertados à medida em que a bactéria chega perto de uma superfície limitante, no caso, uma inclinação no vidro. A equipe descobriu que o círculo mais estreito é o resultado de um maior arrasto exercido sobre o micróbio quando ele nada mais perto da superfície. Quando o micróbio está mais longe da superfície, encontra menos arrasto e o círculo que ele descreve fica mais largo, foi o que o grupo aprendeu.
Este efeito de ziguezague ajuda a explicar por que “na maioria das vezes as células não estão tão próximas da superfície como seria de prever”, diz Tang. “O motivo é o movimento Browniano que as joga de um lado para outro”.
Essa descoberta é importante, porque ajuda a explicar as áreas de alimentação para organismos unicelulares. Talvez mais importante ainda, pode ajudar os cientistas a entender como as bactérias finalmente chegam a uma superfície e aderem a ela. As aplicações vão de uma melhor compreensão do fluxo e da adesão de plaquetas na corrente sangüínea, a uma melhor compreensão sobre como os contaminantes são capturados à medida em que percolam o solo.
“Como se depreende, a natação é um mecanismo importante para o processo de adesão”, conclui Tang.
Physics News Update nº 877
PHYSICS NEWS UPDATE
O Boletim de Notícias de Pesquisas do Instituto Americano de Física
Número 877 de 21 de novembro de 2008
O ESTUDO DA SOCIEDADE AMERICANA DE FÍSICA SOBRE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
(Esta matéria é uma repetição, letra por letra, do Boletim “Por dentro da ciência”, já traduzido e publicado neste Blog, escrito por Phillip F. Schewe, em 12/11/2008. Fica registrado, somente para não interromper a série.)
“Por Dentro da Ciência” do Instituto Americano de Física (18/11/08)
Inside Science News Service
18 de novembro de 2008
O Líder do Grupo
Um novo estudo mostra porque, algumas vezes, é melhor seguir à frente
Por Phillip Schewe
Colaborador do ISNS
Lance Armstrong, o ciclista que venceu o Tour de France seis vezes, freqüentemente chegou em primeiro lugar porque ficou por muito tempo em segundo. Ou seja, ele pedalava regularmente logo atrás de um companheiro de equipe cujo trabalho era vencer a resistência da corrente de ar contrária, tornando mais fácil para Armstrong economizar sua energia para um sprint final. Os stock cars também freqüentemente manobram para se colocar no “vácuo” à frente, reduzindo, assim, o arrasto aerodinâmico. Entretanto, um novo estudo sugere que essa estratégia de ficar atrás do líder pode ser um tiro pela culatra.
Bicicletas e carros são corpos rígidos que projetam uma “sombra” aerodinâmica definida. Mas se o objeto à frente for um corpo tremulante, tal como um peixe coleante, uma bandeira ondulante, ou um pássaro batendo suas asas, aí o fluxo cheio de perturbações estabelecido pelo movimento trêmulo pode aumentar, em lugar de diminuir, o arrasto aerodinamico para quem vem atrás. Não somente o seguidor experimenta um arrasto maior — forçando-o a gastar mais energia para se manter na “cola” — como o líder experimenta um arrasto menor.
Essa hipótese é difícil de testar em animais vivos, tais como pássaros ou peixes, de forma que dois cientistas realizaram uma experiência com pequenas bandeiras tremulantes. Leif Ristroph da Universidade Cornell e Jun Zhang da Universidade de Nova York usaram duas bandeirolas. Em lugar de um fluxo de ar, eles usaram um filme de sabão fluente que permitia a obtenção de imagens nítidas dos complexos padrões que se estabeleciam quando o fluido passava pelas bandeirolas.
O resultado foi surpreendente. Não só o arrasto sobre a bandeirola seguidora ficava pior com o fluido convoluto, como também o arrasto medido na bandeirola líder ficava reduzido em até 50%, menor do que o arrasto que experimentaria se estivesse só. Isso se deve ao fato da perturbação estabelecida pela bandeirola seguidora diminuir o arrasto experimentado pela líder.
O Dr. Zhang diz que ainda é muito cedo para confirmar que para certos animais — tais como pássaros migratórios ou cardumes de peixes — ser o líder do bando é melhor porque isso reduz o gasto de energia necessária para vencer o arrasto. Até agora, a experiência só foi realizada com duas e com seis bandeirolas, e Zhang e seus colegas gostariam de estudar suas idéias com animais de verdade. Ele acredita que seus resultados possam ter aplicações industriais, onde reduzir o consumo de energia é quase sempre vantajoso.
O trabalho de Zhang foi publicado em uma edição recente de Physical Review Letters.
Este texto é fornecido para a media pelo Inside Science News Service, que é apoiado pelo Instituto Americano de Física (American Institute of Physics), uma editora sem fins lucrativos de periódicos de ciência. Contatos: Jim Dawson, editor de notícias, em jdawson@aip.org.
Nota do Tradutor:
Eu já tinha “posto na agulha” uma tradução do press-release publicado no EurekAlert sobre essa experiência, só que o ISNS me passou a perna. Quem quiser, pode consultar: “Following the leader can be a drag, according to student’s research on flapping flags” (que eu mencionei em um comentário aqui mesmo no Lablogs).
