NÚCLEO DE ÁTOMO EM FORMATO DE PERA APONTA PARA NOVA FÍSICA

Representação gráfica do núcleo do átomo de rádio 224, que pode ajudar a explicar por que há mais matéria do que antimatéria no Universo e revelar uma Quinta Força Fundamental da natureza. [Imagem: Liam Gaffney/Peter Butler/Universidade de Liverpool]

Núcleo atômico em formato de pera

O que o formato do núcleo de um átomo tem a ver com o início do Universo? E com a antimatéria? E com as teorias sobre o que é o próprio átomo?

Na verdade, um núcleo atômico em formato de pera pode se transformar em uma das realizações mais importantes da física nos últimos tempos. Mas o que pode ser tão interessante nessa "pera atômica"?

O núcleo de um átomo é formado por prótons e nêutrons, mantidos juntos pela Força Nuclear Forte, que se contrapõe à repulsão eletrostática que tende a separar os prótons.

A teoria mais simples diria que os núcleos atômicos são esféricos, mas os cientistas já sabiam que alguns são ligeiramente alongados, e também já conheciam um em formato de pera, o rádio 226, descoberto em 1993.

O grande interesse está na necessidade de explicar esse formato: como a Força Nuclear Forte e a eletrostática se inter-relacionam no interior do núcleo para que eles tenham formatos diferentes?

Ou será que tudo é ainda mais interessante, e haveria então uma outra força fundamental da natureza agindo no núcleo atômico, que possa explicar porque uns têm um formato e outros têm outro?

Os físicos já estavam precisando de uma nova força fundamental da natureza que pudesse ajudar explicar a assimetria entre matéria e antimatéria.

O modelo cosmológico do Big Bang estabelece que matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais no início do Universo - mas, então, onde está toda a antimatéria?

Este é o equipamento usado para identificar os átomos 

com núcleo em formato de pera. [Imagem: CERN]

Nova força fundamental da natureza
É aí que entra o núcleo atômico em formato de pera. Não é fácil criar novas teorias estudando uma única pera - no caso, o já conhecido rádio 226.

Então um grupo internacional de pesquisadores usou um espectrômetro no CERN para procurar mais átomos com núcleos com formato de pera.

E eles agora descobriram que o núcleo do rádio 224 tem o formato perfeito de uma pera. O experimento também mostrou que o núcleo do átomo de radônio 220 oscila entre uma esfera irregular e uma pera.

"O formato de pera é especial. Ele significa que os nêutrons e os prótons que compõem o núcleo estão em posições ligeiramente diferentes ao longo de um eixo interno," explicou Tim Chupp, um dos cientistas da equipe.

O Modelo Padrão descreve quatro forças fundamentais ou interações que regem como a matéria se comporta: a Gravidade atrai corpos maciços um em direção ao outro. A interação Eletromagnética dá origem a forças em corpos carregados eletricamente. E as forças nucleares Forte e Fraca operam nos núcleos dos átomos, unindo prótons e nêutrons ou fazendo com que essas partículas decaiam.

Os núcleos em forma de pera seriam assimétricos porque os prótons estariam sendo empurrados para longe do centro do núcleo por alguma força nuclear ainda desconhecida - e as forças nucleares são fundamentalmente diferentes de forças esfericamente simétricas, como a gravidade.

Podendo estudar e comparar as duas peras, os físicos esperam não apenas descobrir uma nova força fundamental da natureza, como também explicar a assimetria entre matéria e antimatéria no início do Universo e melhorar seus modelos do que seria exatamente um átomo.

A pera da Nova Física
Modelos ainda especulativos propõem que alguns núcleos atômicos devem gerar um fraco campo magnético.

Esta hipótese poderá agora ser testada com os núcleos em formato de pera porque, se essa polaridade magnética realmente existe, então os núcleos-pera deverão apresentar esses dipolos mais fortes do que os núcleos esféricos.

"Vendo o quadro mais amplo possível, nós estamos tentando entender tudo o que observamos diretamente, e também o que observamos indiretamente, para tentar explicar o que aconteceu para nós estivéssemos aqui," concluiu Chupp.

Assim, como a maçã de Newton mudou nossa concepção do mundo, talvez agora seja a vez da pera cumprir seu papel na inauguração de uma Nova Física.

Site Inovação Tecnológica - 09/05/2013

FÍSICA QUÂNTICA AS SETE MARAVILHAS DO MUNDO QUÂNTICO

1. Dualidade de ondas e partículas

O maior dos mistérios quânticos diz respeito a uma dúvida que o homem tem desde os tempos de Euclides. Afinal, do que a luz é feita? O palpite de Isaac Newton é que a luz é feita de partículas muito pequenas, chamadas de corpúsculos. No entanto, Thomas Young, um físico do século XIX, mostrou que a luz se espalhava após passar por uma fresta, se comportando como se fosse uma onda. Então a luz é uma onda ou uma partícula? Talvez as duas! Um elétron, por exemplo, é uma partícula, mas pode ser refratado ou interferir com si mesmo como se fosse uma onda. Essa é a explicação criada pelo físico quântico pioneiro, Louis de Broglie, em 1924. Mas então como algo pode ser onda e partícula ao mesmo tempo? Talvez porque a luz não é nenhuma das duas coisas. É o que acha o físico Markus Arndt. Para ele os termos “onda” e “partícula” são construções que fazemos na nossa mente a partir de convenções, para facilitar a compreensão do mundo.

 

2. O efeito Hamlet

Já ouviu sua mãe dizer que uma panela de água não ferve enquanto você olhar para ela? Talvez você se ache muito esperto para acreditar nela, mas os físicos quânticos acreditam. A verdade é que panelas quânticas se recusam a ferver. Ou, só para te surpreender, elas fervem ainda mais rápido do que o normal. Também há vezes que elas entram em um dilema, como Hamlet: ferver ou não ferver, eis a questão! Parece loucura, mas tudo isso é uma conseqüência lógica da equação Schrodinger que descreve como os objetos quânticos evoluem em termos de probabilidade durante o tempo. Em termos básicos, simplesmente olhar para um objeto quântico interfere na forma com que ele se comporta.

 

3. Partículas que surgem do nada

Elas podem só dar uma “passadinha” no nosso plano para dar um oi e depois sumirem, mas cientistas acham que elas podem ser o combustível de nanomáquinas. Física quântica e Shakespeare andam juntos no efeito Hamlet, mas aqui é diferente. O rei Lear diz que “nada surge do nada”, mas na física quântica objetos podem surgir do nada sim. Especificamente, se você colocar duas placas de metal uma em frente da outra (sendo que elas não estão carregadas), elas se movem, se atraindo. Elas não se movem muito (apenas algumas mil partes de milímetro), mas o movimento pode ser percebido com aparelhos específicos – isso por causa de partículas que surgem do nada. De acordo com cientistas é porque não existe o que chamamos de vácuo. O espaço que pode parecer vazio não o está.

 

4. A bomba quântica

Se uma bomba pudesse ser ativada por um fóton, nós não estaríamos em uma situação boa. No momento em que a partícula de luz fosse percebida por nós, ela já teria interferido na bomba, ativando-a. Mas sabe como poderíamos contra-atacar? Com luz! Parece bizarro usar o que pode nos matar para salvarmos, mas usando esse truque quântico temos uma chance de 25% de nos sairmos bem. Pelo menos é isso o que propõem físicos israelenses. Vá entender.

 

5. Atividade assustadora a distância

Essa propriedade realmente modifica a forma com que entendemos o mundo. Em 1964 um físico suíço calculou uma inequação matemática que mostrava a correlação entre o estado de partículas remotas em experimentos e suas condições: que os cientistas que estão fazendo o experimento conseguirão arrumar as condições para a ocorrência, que as propriedades das partículas medidas são reais e que nenhuma influência no experimento viajaria mais rápido do que a luz. No entanto experiências quânticas violam estes princípios. Em 2008 um físico da Universidade de Geneva mostrou que, se o livre arbítrio dos cientistas e a realidade forem mantidas, a velocidade de uma mudança de estado quântico pode ser 10 mil de vezes mais rápida do que a velocidade da luz.

 

6. O campo que não está lá

Para entender física quântica você deve saber onde um campo eletromagnético não está para saber onde ele realmente está. Experimente pegar um imã em forma de rosquinha, cobri-lo com um metal para que não exista campo dentro dele, e jogar um elétron lá no meio. Se não há campo o elétron deveria se comportar como se não houvesse um, certo? Errado. A onda que é associada com o movimento do elétron vibra como se houvesse algo ali. Aparentemente, quando calculamos algo em escala quântica, não podemos buscar o efeito de uma partícula considerando as propriedades de onde a partícula se encontra. Também precisamos nos preocupar com as propriedades de onde a partícula não está.

 

7. Matéria miraculosa

Esqueça aranhas radioativas ou genes mutantes. É a física quântica que te dá superpoderes. O gás hélio, por exemplo. Quando está em temperatura normal você pode usá-lo para encher balões (ou então inalar o negócio e falar com voz de “Tico e Teco”). Mas quando é resfriado, ele fica em estado líquido e é regido por propriedades quânticas. Aí que a verdadeira diversão começa. O hélio “superlíquido” desafia as regras da gravidade, subindo pelas paredes. Ele também pode passar por buracos incrivelmente pequenos. E, o mais bizarro – se você colocar hélio superlíquido dentro de uma bacia e girar a bacia, o hélio não se move. Mas se você mexer no líquido e fizer com que ele gire dentro da bacia, ele irá girar eternamente. 

New Scientist

O UNIVERSO É UM COMPUTADOR QUÂNTICO?

Do que o universo é feito? Matéria? Matéria escura? Energia? Vibrações? De acordo com um físico chamado Vlatko Vedral, nosso universo é feito de informação.

Parece conversa de palestrantes ensinando pessoas a se expressarem bem – mas a teoria de Vlatko é bem diferente. Segundo o físico, se quebrarmos o universo em pedaços cada vez menores o que sobraria no final são bits.

 

Sim, esses bits de informação que você carrega em seu computador mesmo. Um bit é o menor pedaço de informação – ele representa a distinção entre duas possibilidades (sim ou não, verdadeiro ou falso, zero ou um, e por aí vai). A palavra bit, em inglês, se refere à unidade física de armazenamento de informação de seu computador – um bit é registrado por um imã minúsculo em um dos pólos de seu drive de memória.

Nessa escala minúscula, o universo seria controlado pelas malucas leis da física quântica. Computadores que conseguem ler qbits, ou seja, bits quânticos, minúsculos, conseguem entender as informações usando leis quânticas. Ou seja, enquanto um bit pode dizer sim ou não, um qbit pode dizer sim e não, ao mesmo tempo. Por isso computadores quânticos conseguem resolver problemas que computadores normais não entendem.

Em seu livro, Vlatko argumenta que deveríamos encarar o universo como um enorme computador quântico. Pode parecer algo do além, mas ele tem bases científicas para dizer isso. A física mostra que não só elétrons podem armazenar bits de informação como eles sempre fazem isso. Então os cientistas agora se concentram em tentar descobrir como o universo traduz essa informação gravada em uma escala tão pequena.

New Scientist

QUANTO MAIS ALTO É O LOCAL QUE VOCÊ ESTÁ MAIS RÁPIDO O TEMPO PASSA

Pesquisadores estão testando os efeitos da relatividade em uma escala menor. A teoria de Einstein é conhecida pelo alongamento do tempo que ocorre em escalas cósmicas, como perto de um buraco negro ou uma galáxia com velocidade.

A dilatação do tempo é uma consequência da teoria da relatividade geral de Einstein, que postula que a gravidade de um corpo maciço – como a Terra – distorce o espaço-tempo ao seu redor, fazendo com que o fluxo do tempo aumente ou diminua dependendo da distância em relação à massa. No caso, o tempo passa mais devagar quanto mais perto se chega do corpo maciço.

Porém, o novo estudo descobriu que mesmo uma diferença de altura de cerca de 33 centímetros provoca uma mudança mensurável na passagem do tempo. Por exemplo, se um gêmeo passar 79 anos vivendo em uma altitude 33 centímetros maior do que o seu irmão, ele acabaria cerca de 90 bilionésimos de um segundo mais velho.

Para chegar a essa medida, os físicos utilizaram relógios atômicos extremamente precisos, para calcular quanto o tempo flui mais lentamente quanto mais próximo alguém está da Terra.

Esses relógios supersensíveis, cada um formado por um átomo de alumínio único, vibram entre os dois níveis de energia mais de um milhão de bilhões de vezes por segundo. Eles colocaram um deles em uma maior elevação no laboratório que o outro, e descobriram, como Einstein previu, que o relógio mais alto corria um pouco mais rápido do que o mais baixo. Segundo os pesquisadores, embora esses relógios possam ver claramente essa diferença, as pessoas não a sentem.

Outra descoberta de Einstein, chamada relatividade especial, postula que o tempo parece fluir mais lento para uma pessoa parada do que para quem está se movendo. Os pesquisadores também verificaram isso. Eles usaram dois relógios atômicos idênticos, colocando um deles em movimento, para frente e para trás no laboratório, a uma taxa de vários metros por segundo, e outro parado. O primeiro relógio assinalou um ritmo ligeiramente mais lento, como predito pela relatividade.

Segundo os pesquisadores, foi importante poder mostrar que os relógios podem detectar estes pequenos efeitos relativísticos. Eles dizem que a maior lição que deve ser aprendida com esses testes é que nós temos que rejeitar de vez o conceito de tempo absoluto. 

LiveScience

ALBERT EINSTEIN RELATIVIDADE GERAL É CONFIRMADA

Albert Einstein ganha novamente. Sua teoria geral da relatividade provou ser precisa em prever como a luz viaja a partir de alguns dos aglomerados de galáxias mais distantes no universo.

No entanto, os resultados ainda não refutam uma teoria alternativa da gravidade inventada para desfazer a necessidade de energia escura, que estaria causando a expansão acelerada do universo.

As novas descobertas vêm de um estudo da luz de centenas de milhares de galáxias distantes. A relatividade geral prevê que o comprimento de onda dessa luz vai ser um pouquinho desviado devido à massa das galáxias, em um efeito chamado desvio gravitacional para o vermelho (gravitational redshift).

O efeito é muito difícil de medir, porque é o menor dos três tipos de desvio para o vermelho, e também é causado pelo movimento das galáxias e pela expansão do universo como um todo. Para separar as três fontes de desvio para o vermelho, os pesquisadores contam com o grande número de galáxias, o que lhes permite realizar uma análise estatística.

A quantidade de desvios comprovados causados pela gravidade concordou exatamente com as previsões da relatividade geral.

A relatividade geral, proposta por Einstein em 1916, revolucionou a forma como os físicos pensam sobre o espaço e o tempo. Especificamente, ele uniu os dois conceitos, que antes eram independentes, em uma única entidade. E a massa, mostrou Einstein, afeta profundamente o espaço-tempo, deformando-o.

Onde se tem uma grande massa, como em um aglomerado de galáxias, há uma forte gravidade e o espaço-tempo é deformado severamente, fazendo com que o tempo se mova mais rapidamente. A luz emitida neste ambiente terá uma certa frequência, que está relacionada com a escala de tempo (ou a força da gravidade) do ambiente. Quando a luz viaja a um novo ambiente, onde há gravidade comparativamente mais baixa e o tempo passa mais devagar, a frequência da luz irá diminuir. Essa frequência menor é equivalente a um longo, ou mais vermelho, comprimento de onda. Este é o desvio gravitacional para o vermelho.

Os físicos levaram 43 anos para detectar sinais desse desvio. A descoberta aconteceu em 1959, quando os pesquisadores mediram o desvio gravitacional em raios gama emitidos em um laboratório aqui na Terra.

Outros estudos confirmaram o efeito no sol e em pequenas estrelas próximas chamadas anãs brancas. No entanto, ninguém havia conseguido detectar uma prova desta previsão da relatividade geral em escala cósmica, até agora.

Este é o único efeito relativista geral que tem sido observado e confirmado localmente na Terra e na escala correspondente ao universo.

As descobertas suportam a já bem enraizada teoria geral da relatividade, que tem sido bem sucedida em predizer muitos fenômenos cósmicos observados em todo o universo.

No entanto, ainda existem teorias rivais que têm sido propostas nos últimos anos para acomodar a estranha descoberta de que o universo parece conter muito mais massa do que simplesmente a matéria visível, e de que o cosmos parece estar acelerando sua expansão, impulsionado por uma força desconhecida.

Os cientistas inventaram as chamadas matéria escura e energia escura para lidar com esses problemas. Mas alguns pesquisadores dizem que essas invenções bizarras não são necessárias se simplesmente ajustarem a relatividade geral.

Uma teoria concorrente é chamada de teoria f(R), que suporta a nova descoberta. No entanto, outra teoria alternativa, chamada teoria da gravidade tensor-vetor-escalar (TeVes), é conflitante. Para preservar essa teoria, os físicos teriam que fazer algumas mudanças.

Em última instância, quanto mais dados são recolhidos a cerca de galáxias distantes, as medições cósmicas devem tornar-se ainda mais precisas e os físicos poderão ser capazes de distinguir melhor entre os modelos concorrentes.

LiveScience

DESENHO E ESTRUTURA DE STONEHENGE PODEM SER INSPIRADOS POR SOM

Segundo o estudo de um pesquisador norte-americano, música pode ter sido uma inspiração para o design de Stonehenge.

Steven Waller é especialista em “arqueoacústica”, que examina o papel que o som pode ter desempenhado em culturas antigas.
A ideia intrigante de Waller é que antigos humanos poderiam ter baseado o layout do grande monumento, em parte, na maneira como eles percebiam o som.

Por exemplo, Waller mostrou como duas flautas tocadas em um campo podem produzir uma ilusão auditiva que imita a posição espacial da estrutura de Stonehenge.

“Minha teoria é que os antigos bretões, quando ouviam duas flautas em um campo, estavam experimentando padrões de interferência de ondas sonoras, onde em determinados locais, conforme se anda em torno do par de músicos, você ouviria barulhos altos ou zonas silenciosas”, explica.

Se você pudesse olhar para isso de longe, seria parecido com os raios de uma roda. E, conforme você anda ao redor do círculo, cada vez que você chega a um dos pontos onde o som é “cancelado”, parece haver um objeto massivo invisível na sua frente. Essa visão mental ao ouvir tal som forma a estrutura do Stonehenge.

Explicações sobrenaturaisOs pesquisadores levaram algumas pessoas vendadas para um campo onde dois gaiteiros estavam tocando e pediram-lhes para desenhar diagramas da paisagem sonora que haviam experimentado.

Essas pessoas não foram informadas de nada sobre padrões de interferência ou Stonehenge.

Os participantes descreveram a presença de grandes estruturas. Quando os cientistas tiraram as vendas dos olhos dos participantes e eles descobriram que não havia nada no campo, exceto duas flautas, ficaram boquiabertos.

Waller disse que suas ideias foram reforçadas por meio de medições que ele havia feito das sombras acústicas efetivamente expressas pelo megálitos de Stonehenge. O pesquisador descobriu que eles reproduziam com exatidão o padrão de interferência que seria gerado por duas flautas tocando no centro do monumento.

Waller argumentou que o comportamento do som teria cativado completamente os antigos. “As pessoas nem sequer sabiam que o som era propagado por ondas de pressão até alguns séculos atrás”, disse ele. “Sabemos que o som foi um grande mistério para os antigos, pois há muitos mitos sobre ecos serem um espírito que vive nas rochas, ou que o trovão era causado por grandes pássaros batendo suas asas no céu. Eles tinham explicações sobrenaturais para todos esses fenômenos sonoros”, conta.

BBC

CIENTISTAS DESCOBREM LOCAL EXATO DE ONDE VEM CERTAS PEDRAS DE STONEHENGE

Os cientistas sabem há muito tempo que os monólitos de pedra que compõem o misterioso local Stonehenge, no Reino Unido, viajaram uma grande distância para chegar lá. Porém, até hoje, a origem exata das pedras era desconhecida.

Agora, uma equipe de geólogos britânicos encontrou o local exato de onde o círculo mais interno de rochas foi extraído.
Stonehenge é um antigo local de sepultamento/templo da lua/terra alienígena que foi
formado pelos antigos dinamarqueses/um gigante/uma raça alienígena inteligente.

Os pesquisadores calculam que suas pedras maiores vieram aproximadamente de      um  local a apenas 32 quilômetros de distância, mas os tipos de pedras que compõem o círculo interno – que teriam sido colocadas cerca de 5.000 anos atrás – não são encontradas em centenas de quilômetros.

Usando petrografia (que é basicamente a ciência de detalhar rochas), uma equipe de cientistas pegou amostras da composição mineral de vários afloramentos de rocha em Pembrokeshire, País de Gales.

Em seguida, cruzaram as amostras com as de Stonehenge. Eles descobriram que uma rocha no norte de Pembrokeshire, a 257 quilômetros de Stonehenge, correspondia com a amostra do local.

Ainda há muito mistério em torno de Stonehenge, como a maneira e os motivos pelos quais uma cultura antiga moveu tais grandes pedaços de pedra por tantos quilômetros.

Uma teoria afirma que as geleiras é que movimentaram as rochas durante a última idade do gelo, enquanto outros pensam a pedra era explorada em Pembrokeshire e de alguma forma transportada de Gales para Stonehenge (tarefa mais facilmente realizada por uma nave espacial, daí as teorias loucas que circundam o local).

Ao identificar exatamente de onde a pedra veio, os pesquisadores esperam responder alguns desses mistérios.

POPSCI