Einstein (mais uma vez...) está certo

Einstein estava certo: espaço e tempo se encurvam

Noventa anos depois dele ter exposto sua famosa teoria, uma sonda da NASA provou que o universo se comporta da maneira que ele disse. Agora a corrida continua para demonstrar que a outra metade da relatividade também funciona.

Anushka Asthana e David Smith
Domingo, 15 de Abril de 2007
The Observer

Junto a seu nome, no "the Oxford English Dictionary", está a simples definição: gênio. Ainda assim, por décadas os físicos têm feito a pergunta: será que Albert Einstein cometeu um erro? Após meio século, sete cancelamentos e US$ 700 milhões, uma missão para testar sua teoria acerca do universo, finalmente confirmou que o homem era mesmo genial - ou, ao menos, provou isto pela metade.

Os resultados preliminares da "Gravity Probe B", um dos satélites mais complicados da NASA, confirmou, ontem, "com uma precisão melhor do que 1%", a afirmação que Einstein fez a 90 anos atrás - de que um objeto tal como a Terra realmente distorce a tessitura do espaço e do tempo.

Mas isso - que é chamado de "efeito geodésico" - é apenas metade da teoria. A outra, o "arrasto da estrutura", diz que, à medida em que o mundo gira, ele arrasta a tessitura do universo com ele.

Francis Everitt, o profesor da Universidade Stanford que devotou sua vida a investigar a Teoria da Relatividade de Einstein, disse aos cientistas da "American Physical Society" que vai levar mais uns oito meses antes que ele possa medir o efeito de "arrasto do sistema de referência" com precisão.

"Compreender os detalhes é meio como uma escavação arqueológica", diz William Bencze, o gerente de programa para a missão. "Um cientista começa com um trator, continua com uma pá e, finalmente, usa pincas e escovas de dentes para tirar a poeira. Nós estamos na fase da escova de dentes, agora".

O projeto Gravity Probe B foi concebido no final dos anos 1950 mas sofreu décadas de atrasos, enquanto outos cientistas realizavam outros testes para corroborar a teoria de Einstein. Foi a determinação de Everitt's que impediu que fosse cancelado. A missão conjunta entre a NASA e a Universidade Stanford usa quatro das mais perfeitas esferas - giroscópios ultra precisos - para detectar minúsculas distorções na tessitura do universo. A meta de Everitt era provar, com o maior grau de precisão jamais atingido, se Einstein estava correto em sua forma de descrever a gravidade.

De acordo com Einstein, da mesma forma que uma grande bola colocada em um tecido elástico estica a tessitura do tecido e faz com que ele se deforme, os planetas e estrelas fazem com que o espaço-tempo se encurve. Uma pequena bola-de-gude que se mova ao longo do tecido será atraída para a bola, tal como a Terra o é para o Sol, mas não cairia nela, enquanto se mantivesse se movendo em grande velocidade. A gravidade, argumentava Einstein, não era uma força atrativa entre corpos, como se pensava antes.

Poucos cientistas precisam dos resultados finais, que serão divulgados em dezembro, para convencê-los da genialidade de Einstein. "Desde os aspectos mais esotéricos de dilatação do tempo, até a bela e simples equação E=mc², o vasto corpo das idéias de Einstein sobre o universo têm resistido ao teste do tempo", disse Robert Massey, da Royal Astronomical Society.

Ele disse que a missão era uma experiência de "ciência legítima" para verificar uma teoria e confirmar seu brilhantismo, porém outros criticaram os custos e a demora do estudo, dizendo que o que foi anunciado, já tinha sido demonstrado. Sir Martin Rees, o "Astronomer Royal", declarou que o anúncio "não vai fazer nenhum raio cair".

A explicação da Teoria

Quando Einstein escreveu sua Teoria da Relatividade Geral em 1915, ele encontrou uma nova maneira de descrever a gravidade. Não era uma Força, como supunha Sir Isaac Newton, mas uma conseqüência da distorção do espaço e do tempo, que, em sua teoria constituiam uma só entidade: o "espaço-tempo". Qualquer objeto distorce a tessitura do espaço-tempo e, quanto maior for, maior será esse efeito.

Da mesma forma que uma bola de boliche, colocada em uma cama-elástica, estica o tecido e causa um afundamento, os planetas e estrelas encurvam o espaço-tempo - um fenômeno conhecido como "efeito geodésico". Uma bola-de-gude que se mova ao longo da cama elástica será inexoravelmente atraída para a bola.

Assim, os Planetas que orbitam o Sol não estão sendo puxados pelo Sol; eles estão seguindo a deformação curva do espaço-tempo causada pelo Sol. A razão pela qual os Planetas nunca caem no Sol é a velocidade com a qual cruzam o espaço.

De acordo com a teoria, matéria e energia distorcem o espaço-tempo, curvando-o em torno de si. O "Arrasto do Sistema de Referência" teoricamente ocorre quando a rotação de um grande corpo entorta o espaço-tempo próximo. Esta é a segunda parte da teoria de Einstein que a missão da NASA ainda tem que corroborar.

[Atualizando em 16 de abril: Com base em sugestões do Daniel e do Fernando, modifiquei a tradução de "Frame Dragging" do original para "Arrasto do Sistema de Referência". Para quem não entendeu, desde o início, fica a explicação:

Em um sistema de coordenadas onde a reta é a menor distância entre dois pontos (o chamado "Espaço Euclideano") os valores absolutos das distâncias e dos "tempos" (que são função das distâncias) não variam, seja qual for o 'ponto origem' do seu sistema de coordenadas.

Em um espaço curvo, a coisa fica completamente diferente: a menor distância entre dois pontos é uma linha chamada "geodésica" (o nome não foi dado à toa: qualquer meridiano terrestre é o exemplo mais fácil de visualizar do que é uma "geodésica" - notem o prefixo "geo"...)

Einstein demonstrou que o Espaço-Tempo no universo, infelizmente, não é Euclideano e que a presença de matéria/energia encurva este espaço-tempo. Esta parte já foi comprovada no início do século XX, com uma observação de uma estrela próxima do Sol, durante um eclipse.
Só que existe mais um "pequeno" detalhe.

O próprio movimento de rotação da grande massa considerada (um planeta ou uma estrela) deveria produzir mais um efeito: além de encurvar o espaço-tempo, ela deveria "torcer" o sistema de referencial inercial no sentido de sua rotação. Isso é o efeito de "Arrasto do Sistema de Referência" que a Gravity Probe B ainda está procurando.

Uma boa notícia, afinal

Salve, Pessoal!

Eu vivo reclamando das coisas, de que iniciativas simples e eficazes não são tomadas por mero pouco caso e que "quem sabe, não faz".

Pois é com o maior prazer que eu venho divulgar uma notícia no sentido exatamente oposto.

No site da "Seara da Ciência" da UFC (o link está aí, na barra lateral), estão disponíveis algumas apresentações em formato "Power Point", sobre questões de física e matemática em nível simples e de fácil compreensão.

São as Animações do Professor Kiko, o Professor Faberval de Oliveira Campos, um dos "craques" do "Queremos Saber" (link aí na barra lateral, também).

São iniciativas como essa que me levam a pensar que nem tudo está perdido. Ainda existem professores que se esforçam por apresentar questões até bastante sofisticadas em um nível facilmente compreensível. Aquilo que eu disse em minha matéria anterior: mostrar que não existe esse negócio de que "estudar é chato".

Eu recomendo aos cerca de 500 "visitantes" semanais deste Blog megalomaníaco que cliquem no link acima e vejam como é simples. Basta querer!

Adolescentes e Riscos

A TENDÊNCIA AMPLIADA EM CORRER RISCOS, DURANTE A ADOLESCÊNCIA, PROVAVELMENTE É UM IMPULSO BIOLÓGICO E POSSIVELMENTE INEVITÁVEL, DE ACORDO COM UM ESPECIALISTA DA UNIVERSIDADE TEMPLE

Enquanto o governo gasta bilhões de dólares em programas de educação e prevenção para persuadir adolescentes a não fazer coisas tais como fumar, beber ou se drogar, um psicólogo da Universidade Temple sugere que dois sistemas, dentro do cérebro dos adolescentes, que competem entre si, tornam os adolescentes mais suscetíveis a se engajar em comportamentos de risco e perigosos, e que as intervenções meramente educativas provavelmente não são eficazes.

Laurence Steinberg, da Universidade de Temple, delineia seus argumentos no artigo"Assumindo Riscos na Adolescência: Novas Perspectivas das Ciências Cerebrais e Comportamentais", na edição de abril da revista, Current Directions in Psychological Science.

Laurence Steinberg

Photo by Joseph V. Labolito/Temple University

"Embora provavelmente não seja justo afirmar que nenhum dos programas que desenvolvemos tenha funcionado, a maior parte dos esforços para persuadir as crianças a não usar drogas ou álcool, para praticar sexo seguro, ou para dirigir com mais segurança, não foram eficazes", diz Steinberg, Diretor da Rede de Pesquisa sobre Desenvolvimento de Adolescentes e Justiça Juvenil da Fundação John D. e Catherine T. MacArthur. "Existe um programa aqui ou acolá que funciona, mas, na maioria dos casos, gastamos bilhões de dólares em iniciativas que não tiveram muito impacto".

Steiberg diz que, nos últimos dez anos, houve uma grande quantidade de novas pesquisas no desenvolvimento do cérebro dos adolescentes que, acredita ele, lança alguma luz sobre os motivos porque os adolescentes se engajam em comportamentos arriscados ou perigosos, e porque os programas educacionais ou intervenções que foram desenvolvidos, não foram especialmente eficazes.

De acordo com Steinberg, correr riscos na adolescência é o resultado de uma competição entre dois sistemas cerebrais muito diferentes, as redes socioemocional e de controle cognitivo, que sofrem um processo de amadurecimento durante a adolescência, mas com cronogramas muito diferentes. Durante a adolescência, o sistema socioemocional se torna mais assertivo durante a puberdade, enquanto o sistema de controle cognitivo somente ganha força gradualmente e após um longo período.

O sistema socioemocional, que processa informações sociais e emocionais, se torna muito ativo durante a puberdade, permitindo que os adolescentes se empolguem mais facilmente e experimentem emoções mais intensas. e se tornem mais suscetíveis à influência social.

Contrariamente, diz Steinberg, o sistema de controle cognitivo é a parte do cérebro que regula o comportamento e toma as decisões mais drásticas, mas ainda está amadurecendo durante a adolescência e até a metade da segunda década de vida das pessoas, pelo menos.

No artigo, Steinberg diz que a rede socioemocional não fica em um estado de permanente excitação durante a adolescência. Quando a rede socioemocional não está excitada — por exemplo quando os indivíduos não estão emocionalmente excitados ou estão sozinhos — a rede de controle cognitivo fica forte o suficiente para impor um controle regulador sobre comportamentos impulsivos ou arriscados, mesmo no início da adolescência.

Na presença de seus pares, entretanto, ou em situações de alta carga emocional, a rede socioemocional se torna suficientemente ativa para diminuir a eficácia regulatória da rede de controle cognitivo.

"A presença de pares aumenta substancialmente o comportamento de risco entre os adolescentes", escreve Steinberg em seu artigo. "Em um de nossos estudos em laboratório, por exemplo, a presença de pares mais do que dobrou o número de riscos assumidos por adolescentes em um videogame de direção de veículos. A adolescência não só é mais alegre — é, também, mais cheia de riscos".

"Existe uma janela de vulnerabilidade nas idades entre a puberdade e do meio para o fim da adolescência, na qual as crianças já começaram a sentir o aumento da influência do sistema socioemocional, mas ainda não têm um sistema de controle cognitivo totalmente amadurecido", diz ele. "Porque seu sistema de controle cognitivo ainda não está totalmente maduro, ele é mais facilmente corrompido, especialmente quando o sistema socioemocional fica particularmente excitado. E ele se torna excitado pela presença de outras pessoas".

Steiberg advoga leis e políticas mais rígidas que limitem as oportunidades para julgamentos imaturos que, frequentemente, têm conseqüências danosas. Por exemplo, estratégias tais como aumentar o preço dos cigarros, leis mais rígidas sobre a venda de bebidas alcoólicas, a expansão do acesso pelos adolescentes a serviços de saúde mental e contacepção, ou o aumento da idade para habilitação de motoristas, provavelmente seriam mais eficazes do que campanhas educativas para limitar o uso de cigarros, uso de drogas, gravidez e acidentes automobilísticos.

"Eu não quero que as pessoas pensem que as campanhas educativas não devem continuar", diz ele. "Eu apenas penso que elas apenas não vão fazer muita diferença na contenção e comportamentos de risco. Algumas coisas levam tempo para se desnvolver e, gostem ou não, o julgamento amadurecido é, provavelmente, uma delas".

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Traduzido, via EurekAlert, do site da Universidade Temple, nesta página.

Resumindo: o bom doutor Steinberg conclui que os hormônios crescem mais rapidamente do que o discernimento. Pois eu vou me permitir discordar desse eminente cientista, principalmente no tocante às políticas sugeridas.

Eu sugiro, por exemplo, que a mídia e o comércio sejam proibidos de explorar os estímulos ao "sistema socioemocional" dos adolescentes, para induzí-los ao consumo, à rebeldia e à preocupação em "ser diferente dos pais". Sugiro, também, que todo o sistema de ensino seja inteiramente reformulado, para acabar com a idéia: "estudar é chato; brincar é divertido". Que os autores de peças teatrais, filmes, novelas e quejandos parem de exaltar, velada ou abertamente, comportamentos anti-sociais, a pretexto de "liberdade de expressão para retratar fielmente as mazelas da sociedade"; e se vocês estão pensando que eu estou advogando a volta da velha "censura", estão certíssimos: como diz o bom doutor, adolescentes não têm discernimento para entender que o comportamento anti-social do personagem da novela é condenável, não um fato comum.

Mas duvido que isto aconteça... As mesmas autoridades que acham que um garoto de 16 anos tem o direito de eleger representantes no governo, acham que este "menor" não pode ser julgado por um crime bárbaro como um adulto...

Se você flagrar seus filhos "queimando fumo" e enfiar a porrada neles, pode ser preso... Eles são apenas "usuários" e vão receber uma branda "medida sócio-educativa"...

Mas qualquer merda de Juiz de Menores tem poderes ilimitados para usurpar seu pátrio-poder e proibir seus filhos de fazerem algo que você permite...

Chamam a moral "pequeno-burguesa" de "hipócrita". Que seja... Mas o que se está vendo por aí, não me parece uma grande melhoria quanto à moral "hipócrita" que vigia quando eu era adolescente.

Atualização em 14 de abril de 2007. Notícia do "The Guardian" diz que o programa inglês de combate ao uso de drogas por meio de campanhas educativas "é um fracasso".

Physics News Update nº 819

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 819, de 11 de abril de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE

A SEGUNDA LEI DO MOVIMENTO DE NEWTON, este pilar da física clássica, a fórmula que diz a força aplicada sobre um objeto é proporcional a sua aceleração, foi agora testada e comprovada válida, até o nível de 5 x 10^-14 m/s². Isto representa um melhoramento de mil vezes sobre a verificação anterior, realizado a 21 anos atrás (Physical Review D, volume 34, pag. 3240, 1986). O novo teste foi realizado por físicos na Universidade de Washington, usando um pêndulo de torção giratório, um tipo especial de pêndulo no qual a força restauradora não é a gravidade (como seria em um pêndulo oscilatório), porém vem de uma fibra de torção muito fina. Uma das implicações da Lei de Newton é que a freqüência do pêndulo (sua taxa de tique-taque) deveria ser independente da ampitude de sua rotação (na medida em que a oscilação seja pequena). Procurando por um pequeno afastamento desta esperada independência, os pesquisadores de Washington observaram o pêndulo em amplitudes muito pequenas; na verdade, a rotação observada foi mantida em um nível tão pequeno que a excitação Browniana do pêndulo foi um fator considerado na interpretação dos resultados. Espera-se que a Segunda Lei de Newton seja quebrada nas escalas subatômicas, onde a incerteza quântica frustra qualquer definição de velocidade. Mas, para esta experiência, onde o pêndulo tinha uma massa de 70g e consistia de 10²⁴ átomos, considerações quânticas não eram importantes. De acordo com um dos cientistas envolvidos, Jens Gundlach, esta nova afirmação de que a força é proporcional à aceleração (ao menos para velocidades não-relativísticas), pode influenciar futuras discussões de duas anomalias: (1) anomalias nas curvas de rotação de galáxias — caracterizando a velocidade das estrelas como uma função de seu raio a partir do centro galáctico — sugere, ou que um empuxo extra gravitacional, na forma da presença da ainda não detectada matéria escura, está em ação; ou que alguma outra forma da Segunda Lei de Newton poderia estar funcionando (o que conhecido como Dinâmica de Newton Modificada [Modified Newton Dynamics = MOND]); e (2) o continuado mistério que cerca as inexplicadas acelerações que aparentemente caracterizam a trajetória das espaçonaves Pioneer (ver PNU n° 391, matéria 1). (Gundlach et al., Physical Review Letters, artigo em publicação).

CÉLULAS SOLARES ASSISTIDAS POR PLASMON. Por causa de sua ubiquidade na eletrônica, o Silício é o semicondutor favorito para uso em células solares fotovoltáicas. Ainda assim, é desejável reduzir as quantidades de Si necessárias para dispostivos de largas áreas. Além disso, o Silício é um pobre emissor e absorvente de luz e, por este motivo, a eficiência das células solares tem sido, geralmente, pobre. A eficiência das células com finas películas de Si é mais pobre ainda do que a de células com a espessura de um wafer. Como fazer células baratas (usando películas finas) mas também bastante absorventes, é uma meta importante. Os cientistas na Universidade de New South Wales, na Austrália, conseguiram, agora, aumentar a absorção de luz solar empregando plasmons de superfície. Quando a luz atinge uma superfície metálica, pode iniciar perturbações elétricas na superfície, tanto como excitações localizadas, chamadas de plasmons de superfície, ou como ondas móveis, chamadas polaritons-plasmons de superfície. Os plasmons podem ser considerados um substituto para a luz, exceto em comprimentos de onda mais curtos. Se, além disso, a energia dos plasmons pode ser eficientemente coletada e transferida para uma guia de onda subjacente que faria parte da célula solar, então o rendimento das células pode ser aumentado. Isto é o que fazem os pesquisadores de New South Wales. Eles usam nanopartículas de Prata para excitar plasmons de superfície, que aumentam a captura da luz. Para películas com 1,25 mícrons de espessura, a melhora foi de um fator de 16 para,luz com um comprimento de onda de 1050 nm. Para wafers, a melhora foi de um fator de 7 para um comprimento de onda de 1200 nm. O Silício normalmente absorve luz somente de maneira fraca nesta parte do espectro, de forma que a melhora é significativa. Ao longo de todos os comprimentos de onda, a melhora da fotocorrente para as superfícies de película de 1,25 mícrons e de wafer foi, respectivamente, 33% e 19%. De acordo com Supriya Pillai, otimizar o tamanho das nanopartículas deve trazer melhoramentos adicionais. (Pillai et al., Journal of Applied Physics, artigo em 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 nº 818

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 818, de 5 de abril de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE

RESFRIAMENTO A LASER DE OBJETOS DO TAMANHO DE UMA MOEDA, até temperaturas de 1°K agora é possível. Em um conjunto de experiências realizadas no ano passado, uma variação da técnica de resfriamento a laser, usada no congelamento de vapores de gases até temperaturas sub-kelvin, foi usada em amostras macroscópicas (porém ainda muito pequenas) na faixa de nano e micrograma. Agora, uma colaboração de cientistas do Laboratório LIGO no MIT e Caltech e dos Institutos Max Planck em Potsdam e Hannover, usou feixes de laser para arrefecer um espelho do tamanho de uma moedinha, com uma massa de 1 grama, até uma temperatura de 0,8°K. A meta de congelar um objeto comparativamente grande (com mais de 10²⁰ átomos) é investigar as propriedades quânticas de grandes conjuntos de matéria. Um importante caveat aqui é o fato de que em todas essas experiências, a "refrigeração" acontece em uma única dimensão. A temperatura de 1°K se aplica ao movimento dos átomos ao longo da direção do feixe de laser, enquanto o espelho fica livre para se movimentar (embora não muito) em outras direções. Consequentemente, se alguém tocasse a amostra, ela não pareceria criogenicamente fria.
Além do recorde de baixa temeperatura obtido para um objeto grande como 1 grama, outra característica interessante da experiência diz respeito à magnitude da força exercida pelos feixes de laser. Na dimensão escolhida, o feixe fixa o espelho tão firmemente que parece que ele está sendo preso no lugar por uma mola mais rígida do que um diamante com as mesmas dimensões do feixe laser (longo e fino). De acordo com o pesquisador do MIT, Nergis Mavalvala, a amostra é fixada por uma rigidez (como se o feixe de laser fosse sólido) caracterizado por um Módulo de Young (o parâmetro que especifica a rigidez) de 1,2 Tera-Pascals, algo 20% mais duro que o diamante. (Corbitt et al., Physical Review Letters, artigo a ser publicado; página wiki do laboratório aqui)

O TUNELAMENTO DE ELÉTRONS EM ÁTOMOS FOI AGORA OBSERVADO EM TEMPO REAL por uma equipe Germânico-Austro-Holandesa (Ferenc Krausz, Instituto Max Planck de óptica quântica e Ludwig Maximilians, da Universidade de Munich), usando pulsos de luz que duram apenas muitas centenas de attossegundos (bilhonésimos de bilhonésimos de segundo), o que fornece novos vislumbres sobre um importante e ultra-rápido processo na natureza.
Um elétron ligado a um átomo fica na base de um tipo de colina energética. Para escapar do átomo, o elétron ususalmente requer adquirir energia suficiente para passar por cima da colina. Então, por exemplo, bombardear um átomo com pulsos de luz que emita fótons com energia suficiente, pode permitir que o elétron escape. Entretanto, se o átomo for banhado por um chuveiro de fótons de menor energia, ainda há uma chance de que um elétron, se estiver localizado na periferia do átomo, possa escapar, muito embora não tenha a energia suficiente. Isto acontece através do fenômeno de tunelamento quântico, no qual existe uma pequena probabilidade de que o elétron "escave um túnel" através da colina de energia. O processo de tunelamento é responsável pelo funcionamento de certos componentes eletrônicos, tais como microscópios de varredura por tunelamento, Diodos (de túnel) Esaki e lasers de cascata quântica. E, na fissão nuclear, acredita-se que partículas Alfa (dois prótons mais dois nêutrons) escapem do núcleo fissionado através de tunelamento. Porém, o processo de tunelamento acontece tão rapidamente, na escala de attossegundos, que não tinha sido possível observá-lo diretamente. Com a recente capacidade de criar pulsos de luz na escala de attossegundos — liderado por Krausz e outros — agora isto é possível. Na nova experiência, um gás de átomos de Neônio é exposto a dois pulsos de luz. Um é um pulso intenso, contendo fótons vermelhos de baixa energia. O segundo pulso é um pulso de luz ultravioleta com a duração de attossegundos. Este pulso ultravioleta de attossegundos envia fótons tão energéticos que eles podem arrancar um elétron e promover outro para a periferia do átomo, em um estado quântico excitado. Então, o intenso pulso vermelho, consistindo somente de uns poucos ciclos de onda (picos e vales), tem uma chance de libertar o elétron exteriorizado, através do tunelamento induzido por campo de luz. Com efeito, os pesquisadores viram este fenômeno, previsto teoricamente quarenta anos atrás, mas somente verificado experimentalmente agora, pela primeira vez, em um estudo diretamente resolvido em tempo. Cada vez que uma crista de onda do pulso de poucos ciclos vermelho percorria os átomos, os elétrons, a cada vez, aumentavam sua probabilidade de escapar por tunelamento, até que se atinguiu os 100%. Os dados indicam que, nesse sistema em particular, os elétrons escapam por tunelamento em três passos distintos, sincronizados com os três mais intensos picos de onda no centro da onda laser de poucos ciclos. Cada passo demora menos do que 400 attossegundos. (Uiberacker et al, Nature, 5 de abril de 2007; ver também o press release com figuras e mais informações em http://www.mpq.mpg.de)

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Physics News Update nº 817

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 817, de 29 de março de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE

SAL LENTO. O emprego de resfriamento por laser torna relativamente fácil resfriar átomos a temperaturas da ordem de microkelvin. Este processo não é útil para moléculas, as quais possuem uma grande variedade de movimentos vibratórios e rotacionais. Por meios indiretos, entretanto, amostras estacionárias de vapores moleculares têm sido arrefecidas a temperaturas de mK, por meio do resfriamento das moléculas em Hélio líquido, ou pela desaceleração de moléculas polares, ou a temperaturas de microkelvin soldando pares de átomos previamente resfriados. Uma outra técnica de resfriamento emprega uma fonte de feixe giratório, cuja velocidade cancela a velocidade das moléculas que emergem da fonte. Veocidades moleculares baixas como 60 m/s foram obtidas. Agora, dois físicos da Universitat Bielefeld (Alemanha) conseguiram produzir um feixe de moléculas de Brometo de Potássio (essencialmente um tipo de sal) com uma velocidade molecular média de 42 m/s; estima-se que cerca de 7% do feixe viaje até mais lentamente do que 14 m/s (abaixo de 1,4°K). Nessa velocidade, algmas das moleculas podem ser capturadas em uma armadilha. As moléculas frias de KBr são feitas mediante o envio de um feixe de átomos de K de encontro a um contra-propagante feixe de moléculas de HBr, onda as velocidades de ambos os feixes têm que ser ajustados corretamente. Dentro da zona de intersecção, as moléculas de KBr se formam por reação química. Lá, a densidade das moléculas armadilháveis é de cerca de dois milhões de moléculas por centímetro cúbico, mas os pesquisadores acreditam que esse número pode ser multiplicado por mil. Além de KBr, feixes de moléculas de outros sais pesados podem ser produzidos (tais como CsI) bem como feixes de radicais (moléculas reativas com elétrons desemparelhados), tais como CaBr e BaI. De acordo com Hansjuergen Loesch, moléculas lentas são um pré-requisito para realizar a química fria, que simularia as condições em frias atmosferas planetárias ou nas frias nuvens interestelares. Se a química for suficientemente fria, novos efeitos quânticos podem emergir. (Liu and Loesch, Physical Review Letters, 9 de março de 2007)

A SEMPRE MUTANTE FACE DO PLUTÔNIO. Uma nova teoria explica algums das estranhas propriedades do Plutônio, o metal radiativo, mais conhecido por sua propensão para entrar em reação em cadeia de fissão nuclear, o que o torna um potente combustível para armas nucleares e usinas de energia. O Plutônio é um dos metais mais incomuns – não é magnético e não conduz bem a eletricidade. O material também muda de tamanho dramaticamente, mesmo com as mais leves mudanças em suas temperatura e pressão. O conjunto de propriedades incomuns do átomo torna-o distinto até de seus vizinhos mais próximos na Tabela Periódica, tais como o Amerício. O que torna o Plutônio tão singular? Na nova teoria, desenvolvida pelos teóricos de matéria condensada na Universidade Rutgers em Nova Jersey, os oito elétrons mais externos (ou "elétrons de valência") podem circular por diferentes orbitais (regiôes em torno do átomo). No orbital 5f do Plutônio, aquele com maior influência em suas propriedades atômicas, o número de elétrons nele contidos é, mais frequentemente, cinco (aproximadamente 80% do tempo), mas também podem ser seis (aproximadamente 20% do tempo), ou quatro (menos de 1% do tempo), de acordo com a teoria. Esses elétrons entram e saem do orbital 5f muito rapidamente – na ordem de femtossegundos, ou seja, um quadrilhonésimo de segundo, dizem os pesquisadores. O Plutônio é um exemplo de um material fortemente correlacionado, no qual os elétrons de valência interagem entre si grandemente e não podem ser tratados como agentes independentes. Levando essas interações em conta, os pesquisadores combinaram duas abordagens teóricas para materiais sólidos, chamadas aproximação da densidade local e teoria dinâmica de campo médio, para obter sua sofisticada análise. Como sua análise demonstra, o orbital 5f dita várias das propriedades chave do Plutônio, tais como sua falta de condutividade e magnetismo. Com sua teoria, os pesquisadores também explicaram as propriedades magnéticas e elétricas do Amerício e do Cúrio. Eles esperam que sua abordagem também venha a elucidar as propriedades das Terras Raras na Tabela Periódica. (Shim et al., Nature, 28 de março de 2007.)

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Physics News Update nº 816

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 816, de 23 de março de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE

MAGNETORESISTÊNCIA QUANTIZADA. A conversão de um pequenino fluxo magnético em uma modificação na resistência de um circuito externo, um processo conhecido como magnetoresistência, é o coração da indústria de 60 bilhões de dólares de fabricação de discos rígidos para computadores. Dados digitais, armazenados no disco sob a forma de minúsculas polarizações (que representam um "1" ou um "0") na superfície do disco em pequenos domínios de somente 50 por 200 nm de dimensões, são lidos por um sensor que passa por cima dessa superfície a meros 10 nm. A primeira observação sem abiguidades de uma versão digital do efeito de magnetoresistência – a mudança na resistência registrada pelo sensor em passos distintos, na medida em que a orientação da magnetização com relação ao sensor é modificada – foi agora relatada por físicos da Universidade de Nebraska (EUA) e do Institut de Physique et de Chimie des Materiaux de Strasbourg (França). A quantização da condutância no lado do sensor foi obtida fazendo-se com que a corrente fluísse através de uma constrição que se reduz até o tamanho de um único átomo (ver figura aqui ), uma passagem que impõe condições quânticas. De acordo com o cientista de Nebraska, Andrei Sokolov, um ponto de contato do tamanho de um átomo torna o processo de leitura e gravação ainda mais compacto em extensão física, o que permitiria o armazenamento de uma quantidade de dados muito maior. (Sokolov et al., Nature Nanotechnology, março de 2007; http://www.nature.com/nnano/index.html)

LINKS DE DADOS TRANSMITINDO E RECEBENDO EM TAXAS INUSITADAS. A IBM desenvolveu um novo transceptor, um dispositivo integrado que pode receber e transmitir quantidades recordes de dados em alta velocidade de forma óptica. A parte transmissora do dispostivo consiste de 16 lasers emissores por superfície de cavidade vertical (vertical cavity surface emitting lasers = VCSELs), lasers que emitem luz a partir da face de um chip semicondutor, em lugar da extremidade fendida do chip. Cada laser é capaz de modular um feixe de laser contínuo em uma taxa superior a 10 bilhões de vezes por segundo (um recorde para dispositivos individuais em um transceptor), perfazendo uma taxa total de envio de dados de 160 Gigabits por segundo (Gb/s). A parte receptora de 16 canais do dispositivo funciona na mesma velocidade, recebendo simultaneamente a uma taxa de 160 Gb/s. Os canais ópticos que transportam os dados podem ser tanto de fibras como de guias de onda ópticas, impressas em uma placa de circuito. Não somente a taxa de transferência de dados mono-canal é inusitada, com também a dissipação de potência (15.6 mW/Gb/s) e a densidade (9.4 Gb/mm²) são igualmente inusitados e dignos de todos os méritos. A IBM está desenvolvendo esse transceptor como parte de um programa (partrocinado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada da Defesa [Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)] de comunicação chip-para-chip projetado para acelerar a comunicação entre supercomputadores. Clint Schow da IBM anunciará os detalhes desse trabalho na Conferência sobre Fibras Ópticas (Optical Fiber Conference = OFC) na próxima semana em Anaheim, California. (http://www.ofcnfoec.org/; Paper OThG4, "160-Gb/s, 16-Channel Full-Duplex, Single-Chip CMOS Optical Transceiver")

UMA MAIOR QUANTIDADE DE OZÔNIO FOI DESTRUÍDA por uma explosão solar em 1859 do que em qualquer evento semelhante, desde então registrado, tais como a grande explosão de 1989. Não existiam satélites para medir essa ocorrência, mas os novos indícios se apresentam na forma de amostras de gelo da Groenlândia. Essas amostras refletem a chegada de prótons solares, que, por sua vez, modulam a quantidade de nitratos que aparecem nas amostras de gelo. O Ozônio nas camadas superiores da atmosfera nos protegem da radiação ultravioleta do Sol. A contribuição das substâncias químicas fabricadas pelos homens para a destruição desse Ozônio precioso e a ampliação do "Buraco do Ozônio" tem sido, naturalmente, um tópico de grande preocupação. O novo estudo foi realizado por três cientistas, um na Universidade Washburn, um no Centro Goddard da NASA e um na Universidade do Kansas. O núcleo de gelo de onde foi extraída a amostra, permitiu aos cientistas estabelecer que a explosão solar foi 6,5 vezes mais energética do que a explosão de 1989 e 3,5 vezes mais destruidora de Ozônio. (Thomas, Jackman, Mellott, Geophysical Research Letters, março de 2007)


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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.

Aquecimento Global

O que mais tem me deixado perplexo quanto à questão do Aquecimento Global é o amadorismo com que o assunto tem sido tratado. Talvez as previsões mais alarmistas sejam apenas isso: alarmismo. Mas minha formação de militar me ensinou que devemos sempre raciocinar com base na previsão de que a pior hipótese se concretize e que as providências devem ser tomadas para encarar as conseqüências mais graves.

O fato indiscutível é que a Terra está passando por um período de elevação das temperaturas médias e, seja qual for o motivo pelo qual isto acontece, a probabilidade da ocorrência de um Efeito Estufa e uma conseqüente Era Glacial são cada vez mais iminentes.

Como um bando de galinhas tontas, cujo galinheiro foi invadido por uma raposa, as pessoas, as organizações e os governos estão muito mais preocupados em lançar as culpas sobre quem deixou a raposa entrar, do que em por a raposa para fora.

O fato - como o Daniel frisou muito bem em seu artigo - é que ninguém utilizou, ainda, as ferramentas já existentes para a criação de modelos que envolvem sistemas estocásticos. Então, o fato que eu julgo mais alarmante, não é se a principal causa é um processo natural, se são as emissões de CO₂ dos países do "primeiro mundo", ou os peidos das vacas. É que ninguém sabe, com uma razoável certeza, o que e quando vai acontecer!

Está cada vez mais difícil fazer pé com cabeça do noticiário sobre o assunto. Vejamos, por exemplo, um período pinçado de uma notícia do New York Times sobre o assunto.

«Os Estados Unidos, onde a agricultura representa apenas 4 por cento da economia, pode suportar com muito mais facilidade uma mudança climática hostil do que um país como o Malawi, onde 90 por cento da população vive em áreas rurais e cerca de 40 por cento da economia é baseada em agricultura dependente de chuvas.»

Não é sensacional?... O problema todo reside na dependência do país em uma agricultura rudimentar... É bem o caso de perguntar ao idiota que perpetrou este artigo de onde os EUA pretendem obter alimentos, caso as mudanças climáticas continuem acelerando? De onde vai chegar o dinheiro que movimenta Wall Street? A que países congelados ou desertificados os EUA pretendem continuar vendendo o software que movimenta a NASDAC?

No artigo (bem antigo) "Sabe qual é o problema com os imbecís?" (11 de outubro de 2005), eu comento sobre uma notícia do mesmo New York Times onde um babaca expunha as vantagens do derretimento da Calota Polar Norte. Essa miopia gananciosa é, em minha opinião, o maior dos óbices a uma mobilização dos recursos de modelagem cibernética das quais o Daniel fala. E se os modelos realmente demonstrarem que a situação é muito pior do que se pensa e que os EUA vão ter que abdicar de seus carrões devoradores de gasolina?... E se os modelos mostrarem que a China vai ter que meter o pé no freio nessa onda de "desenvolvimento"?...

No Malawi, as pessoas vão passar de uma condição de extrema pobreza para pobreza total... Bom... As coisas não andam muito melhor na Somália... Mas, na hora em que o nível dos Oceanos subir (e o fato é que ninguém sabe o quanto vai subir e com que rapidez), os efeitos do Katrina em Nova Orleans vão se multiplicar exponencialmente. Se Bangladesh sumir do mapa, vai ser uma tragédia, mas a maldita "economia globalizada" vai sofrer pouco. Na hora em que os Portos de Haia, Singapura, e todos os dos EUA ficarem debaixo d'água, a coisa vai ser bem diferente...

Está mais do que na hora de parar de fingir que o problema não existe, e fazer um estudo sério, sem histerias "conservacionistas", nem desdém "conservador". E parar de procurar "culpados" (enforcá-los em praça pública não resolve coisa alguma) e procurar soluções para salvar o que for possível.

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Physics News Update nº 815

O Boletim de Notícias da Física do Instituto Americano de Física, número 815, de 16 de março de 2007 por Phillip F. Schewe e Ben Stein. PHYSICS NEWS UPDATE

A FÍSICA E O PROGRESSO. Por que fazer ciência? Para aprender mais acerca do universo e melhorar as condições materiais e intelectuais das pessoas. O recentemente encerrado encorntro da Sociedade Americana de Física (APS), em março, foi um grande palco para a exposição de novas idéias fundamentais em física e, também, para mostrar como essas idéias podem ser conduzidas a produzir benefícios comerciais práticos. Aqui vão três exemplos:
1. Metamateriais. A arquitetura desses materiais usinados em nanoescala, feitos de pequeninos componentes na forma de anéis, faixas e hastes, serve para aumentar a interação magnética entre a luz e a matéria. Isso leva o material a ter um índice negativo de refração e, conseqüentemente, várias novas propriedades ópticas. Uma meta prática da pesquisa de óptica de índice negativo é a "superlente" ("superlensing"), um processo no qual um fino painel plano de metamaterial seria capaz de obter uma imagem de um objeto com uma resolução espacial melhor do que o comprimento de onda da luz incidente. Desde que os metamateriais foram obtidos em laboratório pela primeira vez para luz na faixa das microondas, os físicos têm procurado o comportamento de índice negativo para comprimentos de onda cada vez mais curtos. Para conseguir uma condição de índice negativo, a permissividade elétrica do material (uma medida da resposta do material a um campo elétrico aplicado) tem que ser negativa e, em alguns casos, sua permeabilidade magnética (uma medida da resposta do material a um campo magnético aplicado). [Para maiores informações sobre esses parâmetros e os primeiros relatos sobre metamateriais ver http://www.aip.org/pnu/2000/split/pnu476-1.htm]. No encontro da semana passada da APS Vladmir Shalaev (Universidade Purdue) relatou um material de índice negativo que funciona no comprimento de onda de 770 nm (no final do espectro de luz visivel), o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material singelamente-negativo (permissividade negativa) e que o mesmo material (mas com uma diferente polarização da luz) funciona em um comprimento de onda de 815 nm, o comprimento de onda mais curto jamais observado para um material duplamente-negativo (permissividade e permeabilidade ambas negativas). Ver o artigo de Shalaev em Nature Photonics, janeiro de 2007.
2. Grafeno, essencialmente folhas de Carbono com um átomo de espessura, apresentados, no ano passado, por apenas uns poucos grupos; agora são dúzias. As razões para isto são as propriedades mecânicas e elétricas adaptáveis do Grafeno e o comportamento extremamente pouco usual de elétrons que se movem em um ambiente de Grafeno: pode-se aumentar a energia do elétron, mas não se pode aumentar sua velocidade. É como se os elétrons estivessem agindo como ondas luminosas de baixa velocidade. Pablo Jarillo-Herrero (Universidade de Columbia) relatou os mais recentes desenvolvimentos nessa área que avança rapidamente; a resistividade do material muda de acordo com a espessura das faixas, o que significa que as propriedades semicondutoras do Grafeno podem ser modeladas para se ajustarem a cada aplicação. Ele igualmente apresentou um sumário dos recentes progressos neste campo, inclusive a observação de transistores supercondutivos de Grafeno (Delft), folhas de Grafeno levitantes, um Efeito Hall a temperatura ambiente e transistores de elétron-singelo de Grafeno, funcionando a temperatura ambiente (Manchester).
3. Diodos emissores de luz (Light-Emitting Diode = LED). Saindo dos dois novos tópicos – metamateriais e Grafeno – para um campo mais amadurecido – a produção de luz pela combinação de buracos e elétrons dentro de uma junção semicondutora – verificamos que consideráveis passos adiante ainda são possíveis. George Craford (Lumileds/Philips) descreveu um novo LED de luz branca que estabelece um novo recorde, com uma corrente de entrada de 350 mA. O dispositivo de um milímetro quadrado produziu luz a uma taxa de 115 lumens por Watt, representando a primeira vez que um dispostivo excedeu a marca de de 100 Lm/W. Os LEDs, por causa de sua eficiência energética e capacidade de concentração, já são usados frequentemente em luzes de tráfego, luzes de freios e iluminação de edifícios. Craford predisse que alguns LEDs deverão ser usados em flashes para telefones celulares, em luzes diurnas para automóveis e (mais tarde, neste ano) em faróis de automóveis.

TRANSMISSÃO SEM-FIO DE CÓDIGO QUÂNTICO, cobrindo uma distância de 144 km entre duas das Ilhas Canárias, foi demonstrada por uma equipe de pesquisadores na Europa. No encontro de março da APS, Anton Zeilingeer da Universidade de Viena descreveu como ele e seus colegas transmitiram fótons singelos de um observatório astronômico na Ilha de La Palma para outro em Tenerife. Os estados de polarização dos fótons transmitidos (representando "0" e "1") formaram a base de uma "chave quântica", uma corrente de informação que poderia ser usada para decifrar uma mensagem criptografada mais longa. Os pesquisadores usaram fótons singelos porque eles são mais seguros do que grupos de fótons, dos quais um bisbiloteiro poderia "pescar" informações sobre a chave. Para detectar ainda melhor os eventuais bisbilhoteiros, os pesquisdores entrelaçaram as partículas de luz emitidas com fótons mantidos na estação transmissora. Eles usaram estações astronômicas porque seus telescópios são sensíveis o suficiente para detectar fótons individuais. A taxa de transmissão de dados foi baia, somente 178 fótons em 75 segundos, mas os fótons são capazes de viajar por distâncias mais longas no espaço livre (potencialmente milhares de km ou mais) do que o podem fazer em cabos de fibra óptica (100 km) antes de se tornarem indetectáveis. Em uma experiência a ser coordenada pela Agência Espacial Européia (ESA, que opera o telescópio de Tenerife e que participou da experiência nas Ilhas Canárias), a Estação Espacial Internacional pode transmitir uma chave entrelaçada para duas estações em Terra, separadas por distâncias dez ou mais vezes mais separadas. (Para um preprint, ver Ursin et al., quant-ph/0607182)

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