FÍSICA – OS DEZ PRINCIPAIS RESULTADOS DE 2014

Da aterragem da sonda ESA Philae no cometa 67P a neutrinos detectados pelas lentes do experimento Borexino no Gran Sasso, ou da supernova produzida em laboratório para a compressão de dados quantum: 2014 foi um ano cheio de resultados importantes no campo da física e a revista “Physics World” selecionou os 10 mais importantes.

É o pouso de sonda ESA Philae no cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que ocorreu em 12 de novembro, como parte da missão Rosetta, toma o primeiro lugar na lista especial dos resultados mais relevantes de 2014 no compilado da física para a revista “Physics World”. O desembarque de Philae não foi isento de problemas: o módulo saltou duas vezes antes de estar em uma posição estável, adequado para a coleta de dados sobre a composição da superfície e do interior do cometa que vai fornecer novas informações sobre a origem e evolução do sistema solar e a origem da vida na Terra.

As primeiras fotos de Philae do cometa, tiradas a partir do infravermelho da câmera CIVA: o local de pouso é muito obscuro, e isto explicaria a falta de sol para recarregar as baterias (Crédito: ESA / Rosetta / Philae / CIVA)

As primeiras fotos de Philae do cometa, tiradas a partir do infravermelho da câmera CIVA: o local de pouso é muito obscuro, e isto explicaria a falta de sol para recarregar as baterias (Crédito: ESA / Rosetta / Philae / CIVA)

O primeiro resultado importante de Philae, embora preliminares, foi a identificação de moléculas orgânicas no cometa que oferece uma confirmação parcial da hipótese de que os blocos de construção da vida podem ter chegado em nosso planeta na fase primordial de sua evolução, quando foi bombardeado por uma intensa chuva de cometas.

Outro resultado importante foi obtido com o experimento ROSINA, que mediu a proporção de deutério e hidrogênio muito mais elevada do que na Terra. Esta é uma confirmação experimental da hipótese de que os cometas têm fornecido apenas uma pequena fração da água em nosso planeta, que viria em vez através dos asteróides. Além do resultado de Philae, a “Physics World” identificou outros 9 resultados extremamente relevantes, listados abaixo sem seguir uma ordem específica de importância.

O Web cósmica revelada por um Quasar

Sebastiano Cantalupo, Piero Madau e Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e Fabrizio Arrigoni-Battaia Hennawi Joseph do Max-Planck-Institut de Astronomia em Heidelberg, Alemanha, usaram o sinal de um quasar, uma das fontes mais brilhantes da radiação e universo distante, para obter a primeira observação experimental de um filamento da teia cósmica.

Este último é uma espécie teia de aranha, que concentra a maior parte da massa do universo, que teria se formado, de acordo com as previsões teóricas, cerca de 380 mil anos após o Big Bang. As observações astronômicas permitem a detecção das áreas em que a matéria é altamente concentrada, como galáxias, enquanto os gases de baixa temperatura que formam filamentos muito mais evanescentes até agora escaparam das observações. Cantalupo e colegas já detectaram a radiação emitida por esses gases quando eles absorvem a luz ultravioleta emitida por um quasar distante.

Neutrinos lentes do Sol

Uma imagem impressionante do interior do experimento Borexino, construído como uma boneca russa: o coração é composto de 300 toneladas de líquido cintilante, blindado; então, prosseguir para o exterior, por um milhar de toneladas de teor de pseudocumeno, por sua vez em uma esfera de aço no qual existem fotomultiplicadores, por sua vez, protegida a partir de fontes externas de radiação de 2400 toneladas de água de elevada pureza, que preenche uma dome 16 pés de diâmetro. (Cortesia Borexino Colaboração)

Uma imagem impressionante do interior do experimento Borexino, construído como uma boneca russa: o coração é composto de 300 toneladas de líquido cintilante, blindado; então, prosseguem para o exterior, por um milhão de toneladas de teor de pseudocumeno, por sua vez em uma esfera de aço no qual existem fotomultiplicadores, por sua vez, protegida a partir de fontes externas de radiação de 2400 toneladas de água de elevada pureza, que preenche uma cúpula de 16 pés de diâmetro. (Cortesia Borexino Colaboração)

O experimento Borexino, nos laboratórios nacionais de Gran Sasso encontraram pela primeira vez os neutrinos emitidos na principal reação de fusão nuclear que alimenta o Sol. Essa reação começa com a fusão de dois prótons, e a produção de um núcleo de deutério que consiste de um próton e um nêutron acompanhado pela emissão de um pósitron, a antipartícula do elétron e um neutrino em baixa energia. Estima-se que a cada segundo um centímetro quadrado da superfície da Terra é atravessado por cerca de 60 bilhões desses neutrinos, particularmente difíceis de detectar porque eles interagem muito pouco com o resto do campo. O experimento Borexino conseguiu uma difícil tarefa, a medição de um fluxo de cerca de 66 bilhões de neutrinos por centímetro quadrado, confirmando assim os atuais modelos teóricos da reação de fusão nuclear do sol.

A fusão nuclear em laboratório

A fusão nuclear é também o protagonista do quarto estudo selecionado a partir de “Physics World”, mas desta vez, é a tentativa de reproduzi-la artificialmente para obter energia limpa e praticamente inesgotável. Com sua facilidade experimental, Omar Hurricane e colegas do National Ignition Facility (NIF) no Lawrence Livermore National Laboratory e Los Alamos National Laboratory, nos Estados Unidos obtiveram pela primeira vez um ganho em termos de energia, o que significa que a energia liberada pela reação é maior do que entrou em sistema com o combustível nuclear. É um marco no difícil caminho para a obtenção de energia para uso civil por fusão nuclear.

Supernovas produzidas artificialmente

Processado imagem para o computador da Supernova produzido no laboratório (cortesia da Universidade de Oxford, Universidade de Chicago)

Processamento de imagem do computador da Supernova produzido no laboratório (cortesia da Universidade de Oxford, Universidade de Chicago)

Supernovas são enormes explosões estelares que produzem, além da liberação de grandes quantidades de energia e radiação, densas nuvens de poeira e gás. A supernova Cassiopeia A, têm fascinado astrônomos ao longo de sua estrutura irregular que denuncia a presença de campos magnéticos fortes dentro dela. Apenas esta supernova foi simulada em laboratório por Gianluca Gregori e Jena Meinecke Universidade de Oxford e seus colegas com uma colaboração internacional, usando uma pequena barra de carbono com três feixes de laser intensos, em uma sala cheia de gás argônio. A explosão da barra cria um choque de ondas assimétricas que se expande para fora através de argônio, em de forma muito semelhante ao que acontece no caso de uma supernova no espaço. Uma grade de plástico pode simular a distribuição irregular de gás na região da Supernova, colocado no caminho da onda de choque: o resultado é um campo magnético semelhante ao observado em Cassiopeia A.

Hologramas para o armazenamento de dados

A holografia é uma técnica que explora o fenômeno da interferência entre um feixe de luz refletida de um objeto tridimensional e um feixe idêntico ao primeiro que não se encontrou com nenhum objeto em seu caminho. O potencial dos hologramas no armazenamento de grandes quantidades de dados de forma eficiente é enorme, mas o comprimento de onda dos feixes é uma limitação fundamental.

A busca por Alexander Khitun e colegas na Universidade da Califórnia, em Riverside tem demonstrado a capacidade de superar este limite e utilizar feixes com comprimentos de onda mais curtos que os da luz visível, conseguindo assim muito maior densidade do que o habitual.

Compreensão de dados quânticos

Representação binária de informação codificada por um átomo: as leis da mecânica quântica permite que, em princípio, para aumentar significativamente o desempenho de cálculo automático (© ANDRZEJ Wojcicki / Science Photo Library / Corbis)

Representação binária de informação codificada por um átomo: as leis da mecânica quântica permitem,  em princípio, aumentar significativamente o desempenho de cálculo automático (© ANDRZEJ Wojcicki / Science Photo Library / Corbis)

O uso de estados quânticos de partículas, átomos ou moléculas como unidades básicas de memória ou processamento de dados para executar cálculos é a vanguarda da ciência da computação.

Um passo fundamental no longo caminho que ainda nos separa do computador quântico e totalmente funcional foi realizado por Aephraim Steinberg e seus colegas da Universidade de Toronto, no Canadá, que demonstraram pela primeira vez a oportunidade de entrar no laboratório o análogo quântico de compressão de dados, já amplamente utilizado no caso de computadores convencionais.

A desordem para uma fibra óptica mais eficiente

A desordem de matéria de que são feitos de fibras ópticas é normalmente um problema, porque tende a reduzir a qualidade das imagens que são transmitidas. Arash Mafi e seus colegas da Universidade do Novo México e de outras universidades americanas têm mostrado que é possível a utilização de um certo grau de desordem, sempre que necessário para obter imagens com uma resolução melhor do que a obtida com fibras ópticas convencionais.

Um raio trator e ultrassônico

Processado imagem de raio trator do computador produzida na Universidade de Dundee: feixes de ultra-som emergem dos dois cantos inferiores, investedo a partir de lados opostos de um alvo triangular. Isso resulta em uma força resultante que arrasta o corpo para baixo (Cortesia Universidade de Dundee, Physical Review Letters)

Imagem do raio trator do computador produzido na Universidade de Dundee: feixes de ultra-som emergem dos dois cantos inferiores, a partir de lados opostos de um alvo triangular. Isso gera em uma força resultante que arrasta o corpo para baixo (Cortesia Universidade de Dundee, Physical Review Letters)

O raio trator, que aparece em muitos filmes de ficção científica, é um dispositivo que, desafiando as leis da física, pode atrair um objeto distante de uma fonte. Christine Demore e Mike MacDonald, da Universidade de Dundee, Reino Unido, perceberam um raio trator para operação acústico. O dispositivo consiste em dois feixes de ultra-som, cuja frentes de onda que curvam-se em torno da direção de propagação e, portanto, possuem um momento angular. Quando as duas frentes de onda investem um objeto alvo, comunicam o impulso na direção e na direção desejada, atraindo em direção à fonte de emissão do ultra-som.

O resultado de Demore e colegas pode encontrar aplicações úteis, nomeadamente no campo da medicina, por exemplo, para trazer o ingrediente ativo de um medicamento apenas no local onde ele pode ser eficaz.

A interação magnética entre dois elétrons

Para Shlomi Kotler, Nitzan Akerman, Nir Navon, Yinnon Glickman e Roee Ozeri do Instituto de Ciência Weizmann, em Israel, mediu pela primeira vez, a interação magnética extremamente fraca, que opera entre dois elétrons. Esta interação atinge a sua intensidade máxima quando dois elétrons são separados das distâncias atômicas, mas não pode ser medida, neste caso, pela presença de outras forças. Quando os dois elétrons estão distante, por contraste, a intensidade é tão fraca que pode ser dificilmente distinguíveis do barulho das interações com o ambiente de fundo. Kotler e seus colegas foram capazes de superar essas dificuldades usando elétrons experimentais ligados por emaranhamento, a  interação remota dos fenômenos mais peculiares da mecânica quântica, pode suprimir a perturbação do ambiente.

Fonte: Le Scienze

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