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Descoberta sobre canais cerebrais facilitará tratamento de epilepsia

2025-05-29T10:44:00.000-07:00

Descoberta sobre canais cerebrais facilitará tratamento de epilepsia

Redação do Diário da Saúde

Ilustração de um receptor AMPA e do glutamato.
[Imagem: Edward Twomey/Johns Hopkins Medicine]

Glutamato

Em um esforço para entender como as células cerebrais trocam mensagens químicas, cientistas usaram um microscópio altamente especializado para capturar detalhes inédito sobre como uma das moléculas de sinalização mais comuns, o glutamato, abre um canal e permite a entrada de uma enxurrada de partículas carregadas.

A descoberta promete impulsionar o desenvolvimento de novos medicamentos que bloqueiam ou abrem esses canais de sinalização para tratar condições muito variadas, da epilepsia aos distúrbios intelectuais de aprendizado.

"Os neurônios são a base celular do cérebro, e a capacidade de vivenciar nosso ambiente e aprender depende das comunicações [químicas] entre os neurônios," contextualizou o professor Edward Twomey, da Universidade Johns Hopkins (EUA).

Há muito se sabe que uma das principais moléculas responsáveis pela comunicação entre os neurônios é o neurotransmissor glutamato, uma molécula abundante nos espaços entre os neurônios. Seu ponto de ancoragem nos neurônios é um canal chamado receptor AMPA, que interage com o glutamato e atua como um poro que absorve partículas carregadas. O fluxo e refluxo de partículas carregadas cria sinais elétricos que formam a comunicação entre os neurônios.

O microscópio de altíssima potência foi usado para obter imagens desses canais durante etapas específicas nos processos de comunicação, permitindo observar detalhes dos movimentos minúsculos dos receptores AMPA no nível de átomos individuais.

Além disso, os experimentos até agora envolviam observar células quase congeladas, um estado que proporciona um ambiente estável e mais fácil de estudar - mas muito longe da temperatura real de funcionamento. O novo microscópio permitiu ver tudo na temperatura corporal normal.

Tratamento para epilepsia

A equipe descobriu que as moléculas de glutamato operam como uma espécie de chave, que destranca a porta do canal, permitindo que ele se abra mais amplamente. Isso ocorre quando a estrutura em forma de concha do receptor AMPA se fecha ao redor do glutamato, uma ação que abre o canal abaixo.

Medicamentos como o perampanel, usado para tratar epilepsia, agem como um batente de porta ao redor do receptor AMPA para limitar a abertura do canal e reduzir o excesso de atividade que ocorre nas células cerebrais de pessoas com epilepsia.

Assim, esta nova descoberta poderá ser usada para desenvolver novos medicamentos que se liguem aos receptores AMPA de diferentes maneiras, abrindo ou fechando os canais de sinalização das células cerebrais.

"Com cada nova descoberta, estamos desvendando cada um dos blocos de construção que permitem que nossos cérebros funcionem," concluiu Twomey.

Checagem com artigo científico:

Artigo: Glutamate gating of AMPA-subtype iGluRs at physiological temperatures
Autores: Anish Kumar Mondal, Elisa Carrillo, Vasanthi Jayaraman, Edward C. Twomey
Publicação: Nature
DOI: 10.1038/s41586-025-08770-0

CP2

Nave espacial que transpira revoluciona escudos térmicos para reentrada

2025-05-29T10:42:00.000-07:00

Espaço

Nave espacial que transpira revoluciona escudos térmicos para reentrada

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/05/2025

Este é o escudo de proteção térmica da nave Órion, complexo e pesado - se ele pudesse suar, poderia ser muito mais fino, mais leve e reutilizável.
[Imagem: NASA]

Resfriamento por transpiração

O suor é um mecanismo fisiológico que muitos animais, incluindo os humanos, usam para regular a temperatura corporal, especialmente em ambientes quentes ou durante atividades físicas intensas.

As naves espaciais também sofrem com o calor, podendo até mesmo ser destruídas por ele, quando precisam retornar à Terra ou pousar em outros planetas, devido ao atrito com a atmosfera.

Um trio de pesquisadores da Universidade do Texas, nos EUA, decidiu agora juntar as duas coisas, projetando um escudo térmico de reentrada que transpire para reduzir a temperatura e proteger a nave.

O escudo deverá suar um líquido refrigerante, liberado por um material especial, repleto de microcanais, que a equipe está construindo com uma impressora 3D. Ao sair pelos microcanais e encontrar a onda de calor, o líquido se transformará em um gás, criando um "colchão" de arrefecimento que evitará danos ao próprio escudo.

A equipe acredita que esta tecnologia poderá dar um novo impulso à adoção de naves reutilizáveis. As naves espaciais tradicionais dependem de escudos térmicos que queimam completamente, ou de placas de cerâmica, que podem precisar ser substituídas entre os voos.

Uma nave espacial capaz de suar poderá até mesmo abandonar completamente esses escudos térmicos tradicionais, graças ao método que a equipe chama de resfriamento por transpiração.

Como o gás liberado pelo suor isola o veículo, escudos térmicos descartáveis, que a NASA vem tentando desenvolver há décadas, não são mais necessários. Isso poderia reduzir o intervalo entre voos de meses, como acontecia com os antigos ônibus espaciais, para algumas horas, mais próximo do tempo de rotação de um jato de passageiros.

Amostra do material que transpira para oferecer proteção termal. Ele está sendo testado em um túnel hipersônico.
[Imagem: Emily Oswald/Texas A&M]

Testes em laboratório e no espaço

A ideia de fazer uma nave suar não é nova, mas a equipe acredita que agora finalmente conta com os meios para tornar realidade essa ideia, sobretudo em termos de materiais disponíveis, poder computacional para simular a operação e otimizar os materiais e laboratórios para testar os protótipos.

Para que o resfriamento por transpiração em voos espaciais seja bem-sucedido, o material do casco da nave espacial deve ser forte o suficiente para suportar pressões extremas, mas poroso o suficiente para que o líquido de arrefecimento possa sair pelos poros. O material escolhido é um carboneto de silício, e a equipe está usando a manufatura aditiva para garantir canais precisos em seu interior. O primeiro lote de protótipos já está em testes em um túnel de alta velocidade.

"Devemos observar que a superfície do material é mais fria em velocidades hipersônicas quando o fluxo de refrigerante é introduzido, do que a linha de base, quando não há refrigerante presente," disse William Matthews, membro da equipe. "Dependendo da qualidade da penetração do gás no material, há muitos usos potenciais para essa tecnologia, e esses testes devem nos ajudar a decidir em que direção queremos ir."

A pesquisa está sendo feita em conjunto com a Canopy Aerospace, especializada em escudos e proteção térmica, que deverá bancar uma missão de teste real, indo ao espaço e reentrando na atmosfera terrestre.

SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Nave espacial que transpira revoluciona escudos térmicos para reentrada. 16/05/2025. Online. Disponível em www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=naves-espaciais-transpiram-escudos-termicos-reentrada. Capturado em 29/05/2025.

CP2

Hidrogênio é extraído da água do mar por tecnologia industrialmente viável

2025-05-29T10:40:00.000-07:00

Energia

Hidrogênio é extraído da água do mar por tecnologia industrialmente viável

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2025

Esquema do novo processo de extração de hidrogênio diretamente da água do mar - sem necessidade de remoção prévia do sal.
[Imagem: Tanveer ul Haq et al. - 10.1002/smll.202501376]

Hidrogênio marinho

Uma tecnologia com potencial disruptivo mostrou-se capaz de produzir hidrogênio limpo em escala industrial e diretamente da água do mar, sem a necessidade da remoção prévia dos sais.

Hoje, a tecnologia para extração de hidrogênio da água do mar tipicamente depende de usinas de dessalinização, o que exige investimentos na casa das centenas de milhões de dólares, e ainda depende de compostos químicos que precisam ser adicionados ao processo, elevando o custo de produção e gerando resíduos.

O segredo para mudar isto está em um eletrodo inovador, que se mostrou extremamente robusto graças a um microambiente protetor e reativo, que não apenas torna o eletrodo menos sujeito a danos operacionais, como ainda melhora o desempenho na extração do hidrogênio.

"Nós desenvolvemos um novo eletrodo multicamadas que pode extrair hidrogênio diretamente da água do mar de forma eficiente e sustentável. Os métodos tradicionais enfrentam uma série de problemas, principalmente corrosão e degradação do desempenho causadas por íons cloreto na água do mar," disse o professor Tanveer Ul Haq, da Universidade de Sharjah, no Emirados Árabes Unidos.

"Isso evita a dispendiosa dessalinização e a complexa purificação da água, tornando a produção de hidrogênio verde mais barata e acessível," acrescentou Mourad Smari, membro da equipe.

O eletrodo mostrou uma eficiência excepcional e uma durabilidade de nível industrial.
[Imagem: Tanveer ul Haq et al. - 10.1002/smll.202501376]

Eficiente e robusto

O hidrogênio é um combustível limpo por excelência, mas ele também é exigente: Até agora, a produção do hidrogênio exige água pura, o que gasta energia para se obter e é um recurso escasso em muitas regiões.

Assim, produzir o gás combustível diretamente da água do mar é um salto qualitativo muito promissor.

Os pesquisadores descrevem seu dispositivo como um "projeto de eletrodo multicamadas, projetado em microambiente, para eletrólise sustentável da água do mar". Quando em operação, o aparelho de teste forneceu uma densidade de corrente de 1 A/cm2 a 1,65 V, em água do mar real. Durante cerca de 300 horas de teste a temperatura ambiente, o eletrodo apresentou excelente estabilidade operacional, sem a indesejada formação de hipoclorito.

A eficiência também é de impressionar: Quase toda a entrada elétrica foi convertida em saída de hidrogênio, alcançando uma eficiência faradaica de 98% - a eficiência faradaica mede a eficácia com que os elétrons participam de uma determinada reação eletroquímica.

"Resumindo, demonstramos que a eletrólise direta da água do mar não é apenas possível, mas escalável, proporcionando eficiência de nível industrial e, ao mesmo tempo, protegendo o eletrodo durante o uso a longo prazo," disse o professor Ul Haq.

Os pesquisadores agora se preparam para a implantação em larga escala de sua tecnologia. "Estamos passando dos testes em escala laboratorial para os testes em escala piloto, buscando validar a tecnologia em condições externas reais," disse Ul Haq. "Nosso próximo objetivo é desenvolver um gerador modular de hidrogênio alimentado por energia solar, adaptado para uso em regiões costeiras áridas."

Bibliografia:

Artigo: Microenvironment-Engineered Multilayered Electrode Design for Sustainable Seawater Oxidation
Autores: Tanveer ul Haq, Aleena Tahir, Mourad Smari, Mohammad Yousef Al Haik, Yousef Haik
Revista: Small
DOI: 10.1002/smll.202501376

CP2

2025-05-29T10:39:00.000-07:00

Espaço

Luz pode esclarecer conexão entre mecânica quântica e relatividade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2025

Físicos descobriram uma nova maneira de explorar um dos maiores desafios da ciência: Unir as duas teorias fundamentais que explicam como nosso Universo funciona.
[Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Gravidade quântica

Tem havido um grande esforço na comunidade científica para unir duas das teorias de maior sucesso da atualidade, a relatividade e a mecânica quântica.

O objetivo é descobrir como a gravidade, que governa objetos massivos como planetas e estrelas, se encaixa com a mecânica quântica, que governa o comportamento das menores partículas do Universo. Para isso, o foco está centrado na busca de uma teoria quântica da gravidade.

E justamente a luz pode ser o elemento que faltava para lançar alguma luz nessa que é uma das mais importantes tarefas não resolvidas da ciência moderna.

Hansol Noh e colegas das universidades de Seul e Nacional de Seul, na Coreia, e Flórida, nos EUA, descobriram que a polarização da luz - a direção em que ela vibra enquanto viaja - pode se comportar de maneira inesperada quando ela passar por um espaço curvo, como o que é dobrado por um objeto de grande massa.

Normalmente, a polarização da luz muda ligeiramente devido à deformação do espaço pela gravidade, um efeito bem conhecido. Mas a equipe descobriu algo mais profundo: Ao escolher cuidadosamente como a luz é medida, é possível desencadear um efeito estranho chamado não reciprocidade.

"Não reciprocidade significa que a luz se comporta de maneira diferente quando se move para frente, em comparação com quando retrocede," explicou o professor Warner Miller, membro da equipe. "Em outras palavras, ela não 'desfaz' sua torção, mesmo que refaça seu caminho. Isso desafia a crença convencional de que a luz sempre retorna ao seu estado original após percorrer um circuito fechado, especialmente se seu caminho for influenciado apenas pela gravidade."

Observatórios espaciais trabalhando em conjunto poderão observar o fenômeno.
[Imagem: Hansol Noh et al. - 10.1038/s41598-024-71203-x]

Interferômetro astronômico

O importante é que esse efeito pode ter profundas conexões com a física quântica. Acontece que a chave para o efeito de não reciprocidade está no eixo de quantização - essencialmente, o ângulo em que um polarizador mede a luz. Ajustando esse eixo, os pesquisadores conseguiram aumentar significativamente o efeito.

De fato, a mudança no ângulo de polarização da luz - conhecida como ângulo de rotação de Wigner - pode se tornar até 10 vezes maior do que a causada apenas pela força gravitacional, mesmo em ambientes extremos, como perto de um buraco negro.

"Nós descobrimos uma maneira de amplificar os pequenos efeitos que a gravidade tem na polarização da luz, ajustando o sistema de forma inteligente," comemorou Miller. "Isso nos dá uma nova ferramenta poderosa para investigar como a gravidade e a mecânica quântica podem estar conectadas."

Para isso, a equipe propõe a construção de um interferômetro astronômico, um instrumento altamente sensível composto por satélites que operam no espaço. Esses satélites seriam equipados com polarizadores especialmente orientados, projetados para detectar as mudanças de polarização amplificadas.

Os pesquisadores também sugerem dois projetos específicos. Um combina uma configuração de Hong-Ou-Mandel com um interferômetro de Mach-Zehnder, conhecido por sua precisão e capacidade de filtrar ruídos. O segundo projeto utiliza uma fonte de luz altamente controlada para comparar previsões quânticas com expectativas clássicas. Esses experimentos poderão verificar se esse novo comportamento não recíproco realmente revela como as propriedades quânticas da luz - como spin e polarização - interagem com os campos gravitacionais clássicos.

O esforço poderá render mais, incluindo abrir as portas para uma Nova Física.
[Imagem: Hansol Noh et al. - 10.1038/s41598-024-71203-x]

Nova Física

Embora esses propostos experimentos sejam projetados para o espaço, a equipe também acredita que alguns dos efeitos poderiam ser testados em laboratórios em terra, usando espelhos e polarizadores para simular as condições necessárias.

Se comprovadas, essas mudanças não recíprocas na polarização da luz podem se tornar uma ferramenta poderosa, não apenas para elucidar a misteriosa conexão entre a gravidade e a mecânica quântica, mas para explorar o Universo, ajudando a sondar a estrutura do espaço, a natureza da luz e mais.

De fato, o efeito previsto pela equipe pode surgir de qualquer tipo de rotação de polarização, e não apenas daquelas eventualmente causadas pela gravidade. Isso abre caminho para testes de uma Nova Física, uma física além do Modelo Padrão, que hoje explica as partículas e forças conhecidas - isso inclui possíveis violações do Princípio da Equivalência de Einstein ou pistas sobre a gravidade quântica.

"Isso é mais do que apenas um novo experimento - é uma nova maneira de fazer as perguntas mais profundas da física," disse Miller.

Bibliografia:

Artigo: Non-reciprocity in photon polarization based on direction of polarizer under gravitational fields
Autores: Hansol Noh, Paul M. Alsing, Warner A. Miller, Doyeol Ahn
Revista: Nature Scientific Reports
Vol.: 14, Article number: 20801
DOI: 10.1038/s41598-024-71203-x

CP2

Processador quântico simula reação química pela primeira vez

2025-05-29T10:38:00.000-07:00

Informática

Processador quântico simula reação química pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/05/2025

Ilustração da simulação e vista do interior do computador quântico de íons aprisionados usado na simulação.
[Imagem: University of Sydney]

Simulador quântico para química

Pesquisadores australianos conseguiram fazer pela primeira vez uma simulação quântica da dinâmica química com moléculas reais, o que é um marco na aplicação da computação quântica à química e à medicina.

Entender em tempo real como os átomos interagem para formar novos compostos durante as reações químicos ou estudar como a luz interage com a matéria estão entre as aplicações mais promissoras e mais esperadas da tecnologia quântica, mas tudo vinha sendo muito restrito.

Por exemplo, até agora os computadores quânticos se limitaram a calcular propriedades estáticas das moléculas - como suas energias -, sem conseguir acessar os processos dinâmicos e evolutivos ao longo do tempo, já que esses são fenômenos incrivelmente complexos.

Agora, Tomas Navickas e colegas da Universidade de Sydney conseguiram simular o comportamento das moléculas conforme elas recebiam energia da luz, um processo que envolve mudanças eletrônicas e vibracionais ultrarrápidas, que os computadores clássicos têm dificuldade em modelar com precisão e eficiência.

O professor Ivan Kassal, coordenador da equipe, compara isso com uma caminhada por uma montanha: "Uma coisa é entender seu ponto de partida, seu ponto final e a altura que você precisará escalar. Mas isso não ajuda a entender o caminho que você seguirá. Nossa nova abordagem nos permite simular a dinâmica completa de uma interação entre a luz e as ligações químicas. É como entender a posição e a energia do montanhista em qualquer ponto de sua jornada pelas montanhas."

Mapeamento da dinâmica molecular no íon de itérbio.
[Imagem: Tomas Navickas et al. - 10.1021/jacs.5c03336]

Simulação analógica de uma reação química

Ao contrário dos trabalhos anteriores na área, que modelavam apenas sistemas dinâmicos abstratos, a equipe conseguiu simular moléculas reais, demonstrando a capacidade para imitar processos químicos reais - a simulação envolveu a interação da luz com aleno (C3H4), butatrieno (C4H4) e pirazina (C4N2H4).

Embora seja um feito histórico, de modo um tanto curioso a equipe não precisou de um "supercomputador quântico": Na verdade, eles usaram o que se pode chamar de um "computador quântico minimalista", um simulador formado por um único qubit, um átomo do elemento químico itérbio - essa arquitetura é conhecida como qubit de íons aprisionados.

Mas por que simular uma molécula recebendo um fóton? Porque o processo natural é rápido demais, enquanto o simulador permite observar cada detalhe, passo a passo. Imagine observar o processo de uma molécula absorver um fóton, vibrar e passar por uma rápida transição eletrônica - tudo codificado em uma simulação quântica que se desenrola em um impressionante fator de dilatação temporal de 100 bilhões (1011). Isso significa que a simulação quântica funciona em uma escala de tempo acessível de milissegundos, reproduzindo fielmente os eventos químicos ultrarrápidos que ocorrem em femtossegundos (10-15 segundo).

A simulação propriamente dita consiste em usar o qubit para codificar comportamentos como o modo como os átomos da molécula movimentam-se uns em relação aos outros e como seus elétrons saltam para níveis de energia mais altos. A equipe conseguiu codificar todos esses parâmetros em um único átomo de itérbio: As excitações dos elétrons da molécula correspondiam a excitações semelhantes em um dos elétrons do íon, enquanto dois modos vibracionais diferentes foram representados pelo íon oscilando dentro de sua armadilha em duas direções distintas.

Tudo pronto, a equipe então manipulou o íon usando pulsos de laser, de modo a ajustar o modo como todos os estados interagiam, forçando o íon a evoluir no tempo. Ao fazer isto, ele estava imitando exatamente o comportamento das moléculas correspondentes quando elas são atingidas por um fóton.

Ilustração do simulador quântico usando um único qubit.
[Imagem: Tomas Navickas et al. - 10.1021/jacs.5c03336]

Múltiplas aplicações

"Realizar a mesma simulação usando uma abordagem mais convencional em computação quântica exigiria 11 qubits perfeitos e 300.000 portas de entrelaçamento impecáveis. Nossa abordagem é cerca de um milhão de vezes mais eficiente em termos de recursos, permitindo o estudo de dinâmicas químicas complexas com muito menos recursos do que se pensava ser possível anteriormente," disse o professor Kassal.

Aplicações futuras dessa abordagem de simulação analógica incluem a simulação de reações químicas e dinâmicas químicas em qualquer situação que envolva a luz. Isso inclui a fotossíntese, danos ao DNA por UV, terapias fotodinâmicas e pesquisa sobre câncer, além do aprimoramento de células solares.

"Pegamos esse estudo e aplicamos sua abordagem à dinâmica de três moléculas diferentes após elas absorverem luz. É possível simular as interações dessas moléculas específicas usando supercomputadores clássicos. Mas moléculas mais complexas estarão além de suas capacidades. A tecnologia quântica será capaz de simular uma complexidade que está além de todas as capacidades clássicas," disse o professor Tingrei Tan, membro da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Experimental Quantum Simulation of Chemical Dynamics
Autores: Tomas Navickas, Ryan J. MacDonell, Christophe H. Valahu, Vanessa C. Olaya-Agudelo, Frank Scuccimarra, Maverick J. Millican, Vassili G. Matsos, Henry L. Nourse, Arjun D. Rao, Michael J. Biercuk, Cornelius Hempel, Ivan Kassal, Ting Rei Tan
Revista: Journal of the American Chemical Society
DOI: 10.1021/jacs.5c03336

CP2

Descoberto novo planeta anão nos confins do Sistema Solar

2025-05-29T10:36:00.000-07:00

Espaço

Descoberto novo planeta anão nos confins do Sistema Solar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/05/2025

Imagem composta mostrando os cinco planetas anões reconhecidos pela União Astronômica Internacional, além do objeto transnetuniano recém-descoberto 2017 OF201.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech;2017 OF201: Sihao Cheng et al.]

Novo planeta não

Astrônomos descobriram um corpo celeste distante que pode ser um planeta-anão desconhecido até hoje. O recém-descoberto 2017 OF201 por enquanto está catalogado como um objeto transnetuniano, orbitando o Sol bem além de Netuno.

As primeiras imagens indicam que o corpo celeste é grande o suficiente para ser considerado um planeta anão, a mesma categoria de Plutão, mas serão necessárias observações adicionais para confirmar isto.

O OF201 torna-se assim um dos objetos visíveis mais distantes do nosso Sistema Solar, sugerindo inclusive que o que os astrônomos acreditavam ser uma região vazia do espaço, além de Netuno, no Cinturão de Kuiper, não é, de fato, vazia.

Objetos transnetunianos são planetas menores que orbitam o Sol a uma distância média maior do que a órbita de Netuno. Mas o OF201 é especial por dois motivos: Sua órbita extrema e seu grande tamanho.

"O afélio do objeto - o ponto mais distante do Sol na órbita - é mais de 1.600 vezes maior que a órbita da Terra," contou Sihao Cheng da Universidade de Princeton, nos EUA. "Enquanto isso, seu periélio - o ponto mais próximo do Sol em sua órbita - é 44,5 vezes maior que a órbita da Terra, semelhante à órbita de Plutão."

Essa órbita extrema significa que o ano do OF201, o tempo que ele leva para completar uma órbita em torno do Sol, equivalente a 25.000 anos da Terra, sugerindo uma história complexa de interações gravitacionais. Na verdade, sua presença pode até mesmo questionar as hipóteses anteriores sobre a existência de um Planeta Nove.

As primeiras estimativas indicam que o diâmetro do OF201 seja de 700 km, o que o tornaria o segundo maior objeto conhecido em uma órbita tão ampla. O diâmetro de Plutão, por sua vez, é de 2.377 km. Observações adicionais, possivelmente usando radiotelescópios, serão necessárias para determinar o tamanho exato do objeto.

O OF201 leva 25.000 anos terrestres para completar uma órbita em torno do Sol.
[Imagem: Sihao Cheng et al. - 10.48550/arXiv.2505.15806]

Qualquer um poderia ter descoberto

O novo corpo celeste foi identificado procurando por pontos brilhantes em um banco de dados de imagens astronômicas do Telescópio Victor M. Blanco e do Telescópio Canadá-França-Havaí (CFHT). Essa busca foi realizada utilizando um algoritmo computacionalmente eficiente desenvolvido pela equipe.

O programa tenta conectar todos os grupos possíveis dos pontos nas imagens que pareciam se mover pelo céu da mesma forma que um único objeto. Por fim, ele identificou o 2017 OF201 em 19 exposições diferentes, capturadas ao longo de 7 anos.

A descoberta tem implicações significativas para a compreensão do Sistema Solar externo. A área além do Cinturão de Kuiper, onde o objeto está localizado, era considerada essencialmente vazia, mas esta descoberta sugere que isso não é verdade.

"O 2017 OF201 passa apenas 1% do seu tempo orbital perto o suficiente de nós para ser detectável. A presença deste único objeto sugere que pode haver cerca de outras centenas de outros objetos com órbita e tamanho semelhantes; eles estão muito distantes para serem detectáveis agora," comentou Cheng. "Embora os avanços nos telescópios tenham-nos permitido explorar partes distantes do Universo, ainda há muito a descobrir sobre o nosso próprio Sistema Solar."

A descoberta também demonstra o poder da ciência aberta. "Todos os dados que usamos para identificar e caracterizar este objeto são dados de arquivo disponíveis para qualquer pessoa, não apenas para astrônomos profissionais," disse Jiaxuan Li, membro da equipe. "Isso significa que descobertas inovadoras não se limitam a quem tem acesso aos maiores telescópios do mundo. Qualquer pesquisador, estudante ou mesmo cientista cidadão com as ferramentas e o conhecimento certos poderia ter feito essa descoberta, destacando o valor do compartilhamento de recursos científicos."

Bibliografia:

Artigo: Discovery of a dwarf planet candidate in an extremely wide orbit: 2017 OF201
Autores: Sihao Cheng, Jiaxuan Li, Eritas Yang
Revista: arXiv
DOI: 10.48550/arXiv.2505.15806

CP2

Paradoxo: Descoberto um supercondutor que também é magnético

2025-05-29T10:35:00.000-07:00

Energia

Paradoxo: Descoberto um supercondutor que também é magnético

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2025

Ilustração mostrando pares de elétrons supercondutores no grafeno romboédrico (a estrutura reticular central) girando no sentido horário ou anti-horário (correspondendo às cores azul e vermelha). Os pares de elétrons apresentam propriedades de magnetismo e supercondutividade, que se acreditava não poderem coexistir em um único material.
[Imagem: Sampson Wilcox/Research Laboratory of Electronics]

Supercondutividade e magnetismo

O magnetismo e a supercondutividade são duas propriedades que não se combinam. À exceção de condições bem raras, para ter um você precisa abrir mão do outro.

Mas um "supercondutor quiral" recém-descoberto está colocando esse pressuposto em xeque, conduzindo eletricidade sem resistência e, paradoxalmente, sendo intrinsecamente magnético.

E, mais importante do ponto de vista prático, essa supercondutividade exótica foi observada em um material surpreendentemente comum, o grafite, o material com que são feitos os lápis e muitos lubrificantes.

O grafite é composto por camadas de grafeno, que são folhas de átomos de carbono com um único átomo de espessura. Essas camadas se empilham facilmente, e igualmente podem se desprender à menor pressão, o que faz com que o lápis solte o carbono no papel ou funcione como um lubrificante.

Uma pitada de grafite pode conter milhões de folhas de grafeno, que normalmente são empilhadas de modo que todas as outras camadas se alinhem. Contudo, de vez em quando o grafite contém pequenas "bolsas", nas quais o grafeno é empilhado em um padrão diferente, assemelhando-se a uma escada, com as camadas deslocadas.

Construa uma escada dessas com cinco degraus e você terá o inesperado casamento entre supercondutividade e magnetismo.

É um material comum e puro, o grafite, apenas com uma estrutura cristalina específica.
[Imagem: Tonghang Han et al. - 10.1038/s41586-025-09169-7]

Supercondutor magnético

Tonghang Han e colegas do MIT, nos EUA, descobriram que, quando quatro ou cinco folhas de grafeno são empilhadas nessa configuração, chamada romboédrica, a estrutura resultante apresenta propriedades eletrônicas excepcionais, que não são vistas no grafite como um todo.

Quando os flocos foram resfriados a 300 milikelvins (cerca de -273 ºC), o material se comportou como um supercondutor, o que significa que qualquer corrente elétrica passa por ele sem resistência.

Mas a maior surpresa estava por vir: Quando o material foi submetido a um campo magnético externo, e esse campo magnético teve seus polos alternados, os flocos de grafite também alternaram entre dois estados supercondutores diferentes, como se fossem um ímã invertendo os polos norte e sul.

Isso indica que o supercondutor possui algum magnetismo interno e intrínseco - esse comportamento de comutação não ocorre em outros supercondutores.

"A crença popular é que supercondutores não gostam de campos magnéticos," comentou o professor Long Ju. "Mas acreditamos que esta seja a primeira observação de um supercondutor que se comporta como um ímã com evidências tão diretas e simples. E isso é bastante bizarro, porque vai contra a impressão geral que as pessoas têm sobre supercondutividade e magnetismo."

Bibliografia:

Artigo: Signatures of chiral superconductivity in rhombohedral graphene
Autores: Tonghang Han, Zhengguang Lu, Zach Hadjri, Lihan Shi, Zhenghan Wu, Wei Xu, Yuxuan Yao, Armel A. Cotten, Omid Sharifi Sedeh, Henok Weldeyesus, Jixiang Yang, Junseok Seo, Shenyong Ye, Muyang Zhou, Haoyang Liu, Gang Shi, Zhenqi Hua, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Peng Xiong, Dominik M. Zumbühl, Liang Fu, Long Ju
Revista: Nature
DOI: 10.1038/s41586-025-09169-7

CP2

Borracha torna-se 10 vezes mais resistente a rachaduras

2025-05-29T10:34:00.001-07:00

Materiais Avançados

Borracha torna-se 10 vezes mais resistente a rachaduras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2025

As cadeias poliméricas mais longas resistem a um corte inicial que teria feito a borracha partir-se dez vezes antes.
[Imagem: SEAS]

Borracha mais resistente

Se você usar uma lupa para observar cuidadosamente um elástico quando ele é esticado até o limite, você verá que a borracha começa a rachar em vários lugares a partir da borda, até que uma dessas rachaduras finalmente atinja a borda oposta, fazendo com que o elástico se rompa.

Mas uma nova borracha que acaba de ser sintetizada permitirá que você a estique até 10 vezes mais antes que a rachadura a faça romper-se.

Guodong Nian e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolveram uma maneira de industrializar a borracha natural de modo que ela retenha suas principais propriedades de elasticidade e durabilidade, ao mesmo tempo em que melhora muito sua capacidade de resistir a rachaduras, mesmo após repetidos ciclos de uso.

Derivada do látex de borracha natural, a substância do leite da seringueira (Hevea brasiliensis), a borracha hoje é colhida, coagulada, seca, misturada com aditivos, moldada e finalmente aquecida para desencadear a vulcanização. Esse processo cria cadeias curtas de polímeros dentro do material que são densamente reticuladas (ligadas quimicamente).

Os pesquisadores modificaram esse processo secular de modo a induzir uma transformação mais suave, que preserva as longas cadeias poliméricas em seu estado natural, em vez de cortá-las em cadeias mais curtas. Semelhante a um espaguete emaranhado, a borracha com cadeiras longas apresenta maior durabilidade, com os emaranhamentos superando o número de ligações cruzadas. A equipe chama sua técnica de "emaranhador".

"Usamos um método de processamento de baixa intensidade, baseado em métodos de processamento de látex, que preservou as longas cadeias de polímero," reforçou Nian.

Com o emaranhador, um longo fio de polímero na ponta de uma fissura desconcentra o estresse em uma longa distância.
[Imagem: Guodong Nian et al. - 10.1038/s41893-025-01559-z]

Espaguetificação

Como o emaranhador da borracha, um longo fio de polímero na ponta de uma rachadura desconcentra o estresse em uma longa distância, tornando o material mais resistente ao crescimento de rachaduras do que a borracha natural comum.

Quando uma rachadura se forma na nova borracha, os longos fios do "espaguete" distribuem a tensão ao deslizar uns sobre os outros, permitindo que mais borracha cristalize à medida que ela estica, tornando o material mais forte e resistente a rachaduras.

A borracha ficou quatro vezes mais resistente ao crescimento lento de fissuras durante o estiramento repetido. No geral, ela ficou 10 vezes mais resistente. "Imaginamos que as propriedades seriam melhoradas talvez duas ou três vezes, mas na verdade elas foram melhoradas em uma ordem de magnitude," disse o professor Zheqi Chen.

Mas ainda restam desafios a serem superados: O novo processamento envolve uma grande quantidade de evaporação de água, produzindo um volume de material menor do que o desejável para produtos como pneus. No estágio atual, ele seria mais adequado para produtos finos de borracha, como luvas ou preservativos. Outras possibilidades que o novo processo abre são componentes eletrônicos flexíveis ou peças robóticas macias.

Bibliografia:

Artigo: Natural rubber with high resistance to crack growth
Autores: Guodong Nian, Zheqi Chen, Xianyang Bao, Matthew Wei Ming Tan, Yakov Kutsovsky, Zhigang Suo
Revista: Nature Sustainability
DOI: 10.1038/s41893-025-01559-z

CP2

Lentes de contato de visão noturna permitem enxergar no escuro, mesmo com olhos fechados

2025-05-29T10:34:00.000-07:00

Materiais Avançados

Lentes de contato de visão noturna permitem enxergar no escuro, mesmo com olhos fechados

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2025

Pesquisador colocando as lentes de contato infravermelhas nos olhos de um dos voluntários.
[Imagem: Yuqian Ma/Yunuo Chen/Hang Zhao]

Super-visão

As lentes de contato, que permitem que milhões de pessoas enxerguem melhor, agora poderão dar aos humanos uma espécie de "super-visão".

As novas lentes permitem enxergar o comprimento de onda infravermelho, o equivalente à conhecida "visão noturna", ao converter a luz infravermelha em luz visível.

Ao contrário dos óculos de visão noturna infravermelhos, estas novas lentes de contato não precisam de uma fonte de energia, e ainda permitem que o usuário perceba múltiplos comprimentos de onda infravermelhos, algo como uma visão noturna colorida. A pessoa enxerga as imagens de calor mesmo com os olhos fechados.

E, como as lentes são transparentes, a pessoa pode ver a luz infravermelha e a luz visível simultaneamente.

"Nossa pesquisa abre o potencial para dispositivos vestíveis não invasivos que ofereçam super-visão às pessoas," disse o professor Tian Xue, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. "Existem muitas aplicações potenciais para este material. Por exemplo, a luz infravermelha cintilante pode ser usada para transmitir informações em ambientes de segurança, resgate, criptografia ou combate à falsificação."

A visão noturna é possível graças a nanopartículas, que absorvem a luz infravermelha e a reemitem como luz visível.
[Imagem: Yuqian Ma et al. - 10.1016/j.cell.2025.04.019]

Visão infravermelha

As lentes de contato adquirem sua capacidade de visão noturna graças a nanopartículas que absorvem luz infravermelha e a convertem em comprimentos de onda visíveis aos nossos olhos, tipicamente a radiação eletromagnética na faixa de 400 a 700 nanômetros (nm).

As nanopartículas permitem especificamente a detecção de luz infravermelha próxima, que é a luz infravermelha na faixa de 800 a 1600 nm, um pouco além da faixa que os humanos conseguem enxergar. A equipe já havia demonstrado anteriormente que essas nanopartículas permitem a visão infravermelha em camundongos quando injetadas na retina, mas eles queriam desenvolver uma opção menos invasiva, adequada para uso humano.

Eles então combinaram as nanopartículas com os polímeros flexíveis e atóxicos usados na fabricação das lentes de contato gelatinosas comuns. Após demonstrarem que as lentes de contato eram atóxicas, eles testaram sua função em camundongos e, a seguir, confirmaram seu adequado funcionamento em humanos.

Nestes primeiros testes em humanos, as lentes de contato infravermelhas permitiram aos participantes detectar com precisão sinais piscantes semelhantes a códigos Morse e perceber a direção da luz infravermelha incidente.

"É totalmente claro: sem as lentes de contato, o sujeito não consegue ver nada, mas, quando as coloca, consegue ver claramente a cintilação da luz infravermelha," contou Xue. "Também descobrimos que, quando o sujeito fecha os olhos, ele consegue receber essa informação cintilante ainda melhor, porque a luz infravermelha próxima penetra na pálpebra com mais eficácia do que a luz visível, portanto, há menos interferência da luz visível."

Projeto e síntese das lentes de contato que permitem visão noturna.
[Imagem: Yuqian Ma et al. - 10.1016/j.cell.2025.04.019]

Lentes de contato para daltônicos

Um ajuste adicional nas lentes de contato, inserindo nanopartículas projetadas para codificar diferentes comprimentos de onda infravermelhos, permitiu que os usuários diferenciassem entre diferentes espectros da luz infravermelha.

Por exemplo, comprimentos de onda infravermelhos de 980 nm foram convertidos em luz azul, comprimentos de onda de 808 nm foram convertidos em luz verde e comprimentos de onda de 1.532 nm foram convertidos em luz vermelha.

Além de permitir que os usuários percebam mais detalhes dentro do espectro infravermelho, essas nanopartículas codificadas por cores podem ser modificadas para ajudar pessoas daltônicas a enxergar comprimentos de onda que, de outra forma, seriam incapazes de detectar. "Convertendo a luz vermelha visível em algo como a luz verde visível, essa tecnologia pode tornar o invisível visível para pessoas daltônicas," disse Xue.

Como as lentes de contato têm uma capacidade limitada de capturar detalhes finos, devido à proximidade com a retina, o que faz com que as partículas de luz convertidas se espalhem, a equipe também desenvolveu um sistema de óculos usando a mesma tecnologia de nanopartículas, o que permitiu aos participantes perceber informações infravermelhas de alta resolução.

No momento, as lentes de contato só conseguem detectar radiação infravermelha forte, como a projetada por uma fonte de luz LED, mas os pesquisadores estão trabalhando para aumentar a sensibilidade das nanopartículas para que elas possam detectar níveis mais baixos de luz infravermelha. "No futuro, trabalhando em conjunto com cientistas de materiais e especialistas em óptica, esperamos criar uma lente de contato com resolução espacial mais precisa e maior sensibilidade," disse Xue.

Bibliografia:

Artigo: Near-Infrared Spatiotemporal Color Vision in Humans Enabled by Upconversion Contact Lenses
Autores: Yuqian Ma, Yunuo Chen, Sheng Wang, Zi-Han Chen, Yuanwei Zhang, Ling Huang, Xinxin Zhang, Fei Yin, Yunxuan Wang, Mingzhu Yang, Zhanjun Li, Kai Huang, Xin Fang, Zishuo Li, Minghong Wang, Wenhui Liu, Jia-Nan Li, Longfei Li, Hang Zhao, Min Wei, Yiming Shi, Rong Liu, Mei Zhang, Jutao Chen, Jiawei Shen, Jianjun Meng, Yupeng Yang, Fan Zhang, Xinglong Gong, Gang Han, Tian Xue
Revista: Cell
DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019

CP2

Componente lógico de luz alcança 240 GHz em temperatura ambiente

2025-05-29T10:33:00.000-07:00

Eletrônica

Componente lógico de luz alcança 240 GHz em temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2025

Microrressonador orgânico funciona como um elemento lógico, com o sinal de saída baseado na sincronização dos pulsos de entrada e no esgotamento do estado anterior.
[Imagem: Mikhail Misko et al. - 10.1103/PhysRevB.111.L161403]

Transístor de polaritons

Uma série de inovações têm-nos colocado cada vez mais perto da computação com luz.

Uma dessas inovações foi uma porta lógica universal do tipo NOR (de NOT, um operador de negação, e OR, um operador de disjunção), totalmente óptica, desenvolvida no ano passado por uma equipe da Alemanha e da Rússia.

Agora a mesma equipe descobriu que sua porta lógica óptica é muito melhor do que eles próprios previam: O dispositivo funciona a uma velocidade de 240 GHz em temperatura ambiente.

A porta funciona com base em condensados de quasipartículas chamadas polaritons, que são partículas híbridas formadas pelo acoplamento de luz e matéria, geralmente descritas como um "fluido quântico de luz", que pode ser controlado através do seu componente de matéria - o nome técnico dessa luz líquida é condensado de polaritons.

Além de operar à temperatura ambiente, a porta lógica possui múltiplas entradas, pode funcionar centenas de vezes mais rápido do que seus análogos eletrônicos e também é totalmente óptica, ou seja, funciona sem corrente elétrica.

Assim como as portas lógicas eletrônicas são conectadas para fazer os processadores tradicionais, esses componentes ópticos podem ser conectados em um circuito, rumo a uma computação totalmente com luz, muito mais rápida e consumindo muito menos energia.

O componente de luz opera em temperatura ambiente, tem múltiplas entradas e funciona centenas de vezes mais rápido do que os equivalentes eletrônicos.
[Imagem: Denis A. Sannikov et al. - 10.1038/s41467-024-49690-3]

Porta lógica universal de luz

A velocidade dos transistores de polariton é determinada pela rapidez com que estados lógicos consecutivos podem ser executados. Esse processo requer uma redução suficiente na população de polaritons que marca o estado "1", para garantir uma distinção clara entre os estados lógicos "1" e "0".

À medida que a frequência operacional aumenta, os polaritons residuais do primeiro pulso podem amplificar involuntariamente o segundo pulso, criando assim uma amplificação máxima em algum atraso de tempo diferente de zero entre as sequências de pulsos.

"Nosso novo estudo revelou que nossa porta lógica pode operar a 240 GHz. Também descrevemos o efeito da extinção bimolecular, que é importante considerar nos cálculos, já que ela limita a frequência máxima de clock de um dispositivo de polariton - a deslocalização de polaritons leva a perdas adicionais," explicou Mikhail Misko, do Instituto de Ciência e Tecnologia Skolkovo.

A equipe também definiu parâmetros operacionais adicionais para a operação prática do componente: Para um desempenho ideal, a duração dos pulsos de bombeamento deve ser menor do que os tempos característicos dos processos relevantes para gerenciar efetivamente a dinâmica dos polaritons e melhorar a funcionalidade dos circuitos lógicos ópticos.

Esse é outro passo importante rumo à computação óptica, ou computação fotônica - computadores ópticos poderão trabalhar centenas de vezes mais rápido do que os computadores eletrônicos, e não vão esquentar quase nada, consumindo muito menos energia.

Bibliografia:

Artigo: Temporal bandwidth of consecutive polariton condensation
Autores: Mikhail Misko, Anton D. Putintsev, Denis Sannikov, Anton V. Zasedatelev, Ullrich Scherf, Pavlos G. Lagoudakis
Revista: Physical Review B
Vol.: 111, L161403
DOI: 10.1103/PhysRevB.111.L161403

CP2

Elétrons: Três descobertas mostram o quão pouco sabemos sobre eles

2022-01-22T15:40:00.002-08:00

Elétrons: Três descobertas mostram o quão pouco sabemos sobre eles

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/10/2021

A cortina de luz é tão forte que funciona como uma parede para os elétrons.
[Imagem: UCL]

Novidades sobre os elétrons

Virtualmente toda a nossa tecnologia se baseia nos elétrons: Tudo o que é elétrico ou eletrônico depende do movimento dessas partículas/ondas imortais.

Isso poderia levar a crer que entendemos tudo sobre eles, mas nada mais longe da verdade.

Além de não sabermos sequer se os elétrons são uma partícula única, apenas nos últimos meses vimos um cristal de elétrons, uma rede cristalina de elétrons, elétrons espiralantes e até elétrons com massa negativa sendo detectados pela primeira vez.

E não pára por aí. Desta vez, temos nada menos do que três novidades sobre os elétrons divulgadas simultaneamente.

Luz pára elétrons

A pressão de radiação da luz é bem conhecida, e explorada nas velas solares, por exemplo.

Mas será que a luz, formada por fótons de massa desprezível (a massa dos fótons é relativística, determinada pelo seu momento), seria forte o suficiente para impactar um elétron, por exemplo?

As teorias dizem que sim, algo que os físicos chamam de "reação de radiação": Se a luz for forte o suficiente, o elétron pode ser chacoalhado tão violentamente que ele perde energia e, por decorrência, sua velocidade diminui.

Essa teoria é usada para pensar situações extremas, como buracos negros e quasares, onde se acredita haver energias de magnitudes suficientes para gerar essas colisões fóton-elétron com efeitos mensuráveis. E a reação de radiação também é importante nos estudos da física quântica, uma vez que as equações de Maxwell não têm poder explicativo nesses ambientes extremos.

Agora, pela primeira vez, Jason Cole e seus colegas do Imperial College de Londres conseguiram medir a reação de radiação em laboratório, comprovando experimentalmente sua existência.

Eles foram capazes de observar esta reação de radiação colidindo um feixe de laser um quatrilhão (um bilhão de milhões) de vezes mais brilhante do que a luz na superfície do Sol com um feixe de elétrons de alta energia. Quando os elétrons alcançavam os fótons dessa "cortina de luz", eles praticamente paravam, enquanto os fótons ganhavam energia, passando de luz visível para raios gama de altíssima energia.

"Os elétrons são parados com a mesma eficácia por esta folha de luz, com uma fração de largura de um fio de cabelo, como por algo como um milímetro de chumbo. Isso é extraordinário," disse o professor Alec Thomas.

Os dados do experimento também concordam melhor com um modelo teórico baseado nos princípios da eletrodinâmica quântica, em vez das equações de Maxwell, fornecendo algumas das primeiras evidências de modelos quânticos que nunca haviam sido testados experimentalmente.

Elétrons podem fluir como um líquido também na matéria comum.
[Imagem: MPI/CPfS]

Elétrons movendo-se como líquido

Embora os elétrons movam-se pelos materiais de forma parecida com um gás, em 2019 as coisas começaram a mudar, com a demonstração experimental de um exótico líquido de elétrons.

Os avanços prosseguiram em 2020, com a observação de elétrons se movimentando de modo similar a um líquido em materiais monoatômicos, como grafeno. E, há cerca de um mês, esse mesmo fenômeno dos elétrons fluindo como líquido foi observado em um supercondutor.

Agora, uma equipe da Alemanha e dos EUA mostrou que o movimento hidrodinâmico dos elétrons pode ocorrer inclusive em materiais comuns, tridimensionais (3D).

Para isso, a equipe criou sensores ultraprecisos usando vacâncias de nitrogênio no diamante, pequenos defeitos que estão sendo explorados como sensores e para criar qubits para computadores quânticos. Esses sensores conseguiram capturar imagens do campo magnético local de um fluxo de corrente elétrica em um material chamado ditelureto de tungstênio, revelando o comportamento totalmente diferenciado dos elétrons.

O fluxo elétrico hidrodinâmico depende de fortes interações entre os próprios elétrons, assim como a água e outros fluidos dependem de fortes interações entre suas moléculas.

"A capacidade de criar imagens e controlar esses fluxos hidrodinâmicos em condutores tridimensionais em função da temperatura abre a possibilidade de criar eletrônicos quase sem dissipação [de calor] em dispositivos em nanoescala, bem como fornece novos insights sobre a compreensão das interações elétron-elétron," disse Georgios Varnavides, um dos autores do estudo. "A pesquisa também abre caminho para explorar o comportamento não clássico dos fluidos no fluxo hidrodinâmico de elétrons, como vórtices em estado estacionário."

Sempre se soube que elétrons interagiam uns com os outros, mas ninguém até hoje havia conseguido medir essas interações.
[Imagem: Adbhut Gupta et al. - 10.1038/s41467-021-25327-7]

Elétrons interagindo com elétrons

Quando os elétrons fluem através de um fio metálico, eles colidem com impurezas do metal e uns com os outros, perdendo energia e liberando calor - essa interação com as impurezas é bem conhecida.

Mas ninguém até hoje havia conseguido estudar em detalhes o efeito dos elétrons se chocando uns com os outros, algo que é crucial no estudo da supercondutividade, por exemplo.

Adbhut Gupta e colegas da Universidade Técnica da Virgínia, nos EUA, conseguiram fazer isto pela primeira vez.

Eles precisavam de três condições básicas para fazer seu experimento: Baixas temperaturas, um campo magnético para fazer os elétrons girarem em órbitas definidas e materiais ultrapuros, para que os elétrons se chocassem apenas entre eles. O objetivo era simples: Medir a distância que os elétrons viajariam em suas órbitas antes de encontrarem outros elétrons e se chocassem, fugindo das órbitas.

O experimento não apenas funcionou, como mostrou resultados bem mais fortes do que aqueles previstos pela teoria, algo que merecerá novos estudos teóricos e novos experimentos de confirmação.

No entanto, esta não foi a única surpresa que o experimento revelou. Como vimos na descoberta anterior, experimentos recentes começaram a mostrar que, em certos materiais e sob determinadas condições, grupos de elétrons fluem coletivamente e se comportam como um líquido.

Mas o que apareceu aqui foi mais complicado: Os elétrons fluíram em vórtices, como redemoinhos, algo que ainda está por ser explicado. Embora os redemoinhos magnéticos, chamados skyrmions, sejam bem conhecidos, esses redemoinhos elétricos são uma novidade.

"Os redemoinhos persistem mesmo que as interações entre os elétrons sejam muito fracas," disse Gupta. "Neste ponto, não se sabe muito sobre esse comportamento coletivo no limite da interação fraca. É um fenômeno novo, que uma única partícula não teria mostrado. O nosso é o primeiro experimento a sugerir esse tipo de comportamento coletivo."

Microscópio do tempo promete revelar segredos dos elétrons

Bibliografia:

Artigo: Experimental Evidence of Radiation Reaction in the Collision of a High-Intensity Laser Pulse with a Laser-Wakefield Accelerated Electron Beam
Autores: Jason M. Cole, K. T. Behm, E. Gerstmayr, T. G. Blackburn, J. C. Wood, C. D. Baird, M. J. Duff, C. Harvey, A. Ilderton, A. S. Joglekar, K. Krushelnick, S. Kuschel, M. Marklund, P. McKenna, C. D. Murphy, K. Poder, C. P. Ridgers, G. M. Samarin, G. Sarri, D. R. Symes, A. G. R. Thomas, J. Warwick, M. Zepf, Z. Najmudin, S. P. D. Mangles
Revista: Physical Review X
Vol.: 8, 011020
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.011020

Artigo: Imaging phonon-mediated hydrodynamic flow in WTe2
Autores: Uri Vool, Assaf Hamo, Georgios Varnavides, Yaxian Wang, Tony X. Zhou, Nitesh Kumar, Yuliya Dovzhenko, Ziwei Qiu, Christina A. C. Garcia, Andrew T. Pierce, Johannes Gooth, Polina Anikeeva, Claudia Felser, Prineha Narang, Amir Yacoby
Revista: Nature Physics
Vol.: 12, Article number: 5048
DOI: 10.1038/s41567-021-01341-w

Artigo: Precision measurement of electron-electron scattering in GaAs/AlGaAs using transverse magnetic focusing
Autores: Adbhut Gupta, J. J. Heremans, Gitansh Kataria, Mani Chandra, S. Fallahi, G. C. Gardner, M. J. Manfra
Revista: Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-021-25327-7

Plantão

2022-01-22T15:37:00.001-08:00

CP2

Microscópio eletrônico mostra átomos com resolução recorde

A resolução é tão alta que o único borrão que resta na imagem é a oscilação térmica dos próprios átomos. Leia mais...

Detectados raios cósmicos de mais alta energia já vistos

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Elétrons podem ter natureza dupla, constituídos por duas partículas

2022-01-22T15:34:00.003-08:00

Elétrons podem ter natureza dupla, constituídos por duas partículas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/05/2021

Esta pode ser a primeira prova de que o elétron pode ser formado por duas partículas mais simples.
[Imagem: Peter Czajka et al. - 10.1038/s41567-021-01243-x]

Separação spin-carga

Físicos afirmam ter colhido as primeiras evidências experimentais da validade de uma teoria estabelecida em 1973 por Philip Anderson, ganhador do Prêmio Nobel, que foi o primeiro a prever a existência de um estado da matéria em que a eletricidade e o magnetismo se separam.

Segundo essa teoria, um elétron pode se comportar como se fosse feito de duas partículas: Uma partícula que carrega sua carga negativa e outra que lhe dá uma propriedade semelhante a um ímã, o chamado spin. Quando as duas se separam, origina-se o que hoje é conhecido como "líquido de spin".

Em todos os materiais, o spin de um elétron pode apontar para cima ou para baixo. Nos ímãs, todos os spins apontam uniformemente em uma direção em toda a amostra. Nos líquidos de spin, contudo, os spins estão constantemente mudando de forma totalmente coordenada, em uma verdadeira coreografia, o que significa que este é um dos estados quânticos mais emaranhados - ou entrelaçados - já concebidos, o que é de grande interesse para a computação quântica e para a spintrônica.

Há muito tempo se procura por essa separação spin-carga porque ela mostraria uma nova conexão entre eletricidade e magnetismo, mas até agora os experimentos não tinham sido conclusivos.

A assinatura do spinon reflete-se na forma de oscilações no padrão de dados.
[Imagem: Peter Czajka et al. - 10.1038/s41567-021-01243-x]

Spinons

A equipe procurou por sinais da separação carga-spin em um cristal de rutênio e cloro. Em temperaturas uma fração de Kelvin acima do zero absoluto, e na presença de um forte campo magnético, os cristais de cloreto de rutênio entraram no estado líquido de spin.

Para o experimento, Peter Czajka e Tong Gao, da Universidade Princeton, nos EUA, conectaram três termômetros altamente sensíveis ao cristal (primeira foto), ligaram o campo magnético e então aqueceram ligeiramente a amostra, para medir sua condutividade térmica.

Os dados mostraram um claro padrão oscilatório, o que a equipe interpreta como sendo a evidência da presença da separação spin-carga, que os físicos chamam de spinon, o sinal de que o elétron é composto de duas partículas, uma responsável pela carga elétrica e outra pelo magnetismo, conforme as predições de Anderson.

"As pessoas vêm procurando por essa assinatura há quatro décadas. Se esta descoberta e a interpretação do spinon forem validadas, isso avançará significativamente o campo dos líquidos quânticos de spin," disse o professor Nai Ong.

Bibliografia:

Artigo: Oscillations of the thermal conductivity in the spin-liquid state of α-RuCl3
Autores: Peter Czajka, Tong Gao, Max Hirschberger, Paula Lampen-Kelley, Arnab Banerjee, Jiaqiang Yan, David G. Mandrus, Stephen E. Nagler, Nai Phuan Ong
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-021-01243-x

Antena gera energia capturando elétrons fantasmas

2022-01-22T15:32:00.001-08:00

Antena gera energia capturando elétrons fantasmas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/05/2021

Micrografia de uma rectena - milhares delas precisam funcionar conjuntamente para gerar uma quantidade útil de eletricidade.
[Imagem: Amina Belkadi et al. - 10.1038/s41467-021-23182-0]

Antenas de luz

Luz é radiação eletromagnética, por isso, assim como se usam antenas para capturar as ondas de rádio, pode-se usar antenas ópticas para capturar a luz - são as chamadas rectenas, ou antenas de retificação.

É um campo ainda em início de desenvolvimento, mas há uma grande expectativa de que rectenas possam coletar os mais diversos comprimentos de onda - luz visível, calor etc. - para gerar eletricidade, em um mecanismo que pode teoricamente ser mais simples e mais eficiente do que as células solares.

Agora, Amina Belkadi e seus colegas da Universidade do Colorado, nos EUA, construíram as rectenas ópticas mais eficientes feitas até hoje, dando um salto de qualidade em todo esse campo de pesquisa.

Os dispositivos, que são pequenos demais para serem vistos a olho nu, mas se mostraram cerca de 100 vezes mais eficientes do que seus equivalentes anteriores ao explorar um fenômeno da física quântica.

"Nós demonstramos pela primeira vez os elétrons passando por um tunelamento ressonante em uma rectena óptica de coleta de energia. Até agora, isso era apenas uma possibilidade teórica," disse a pesquisadora.

Rectenas

As rectenas têm um princípio de funcionamento muito simples: Uma antena de um material sensível à luz no comprimento de onda que se deseja coletar, e um diodo, que retifica essa radiação eletromagnética - daí o nome rectena, ou antena de retificação.

O problema é que, para capturar calor ou luz visível, que têm comprimentos de onda muito pequenos, essas antenas ópticas precisam ser minúsculas, na faixa dos nanômetros. Não é um problema fabricar componentes nessas dimensões atualmente, mas a redução do tamanho também aumenta a resistência elétrica dos componentes, reduzindo a energia que elas produzem.

"Você precisa que este componente tenha resistência muito baixa, mas também precisa ser realmente responsivo à luz. Qualquer coisa que você fizer para tornar o componente melhor de uma forma tornará a outra pior," explicou Amina.

Outras equipes estão usando rectenas para transformar os sinais de Wi-Fi em eletricidade.
[Imagem: Christine Daniloff]

Tunelamento quântico

A pesquisadora então encontrou uma solução que contorna inteiramente esse jogo ganha-perde.

Em uma rectena tradicional, os elétrons precisam passar por um material isolante - que separa a própria antena de seu substrato - que aumenta a resistência elétrica. Como não dá para se livrar desse isolante, Amina acrescentou outro, criando um fenômeno energético conhecido como "poço quântico".

Quando os elétrons atingem esse poço com a energia certa, eles simplesmente viajam como fantasmas através dos dois isoladores por meio do fenômeno do tunelamento quântico, pelo qual partículas se comportam como ondas, podendo atravessar barreiras sólidas, mais ou menos como ondas de rádio atravessam as paredes.

Isso significa que os elétrons não sofrem qualquer resistência no processo.

"Se você escolher seus materiais corretamente e fabricá-los na espessura certa, isso cria esse tipo de nível de energia em que os elétrons não veem resistência. Eles simplesmente passam chispando," disse Amina.

Reciclagem de energia

Para testar o efeito, a pesquisadora construiu uma rede de cerca de 250.000 rectenas, que têm a forma de minúsculas gravatas-borboleta, e a utilizou para capturar o calor de uma placa metálica.

O rendimento do protótipo foi pequeno - cerca de 1% de eficiência - mas a equipe acredita que dá para melhorar muito, tanto selecionando novos materiais, quanto ajustando suas dimensões.

De qualquer forma, qualquer eficiência pode ser boa quando se trata de aproveitar uma energia que de outra forma é desperdiçada, como o calor de equipamentos industriais, motores de automóveis ou mesmo em painéis solares.

Bibliografia:

Artigo: Demonstration of resonant tunneling effects in metal-double-insulator-metal (MI2M) diodes
Autores: Amina Belkadi, Ayendra Weerakkody, Garret Moddel
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 2925
DOI: 10.1038/s41467-021-23182-0

Garra robótica feita por kirigami captura um grão de areia

2022-01-22T15:28:00.003-08:00

Garra robótica feita por kirigami captura um grão de areia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/05/2021

Garras robóticas leves

Engenheiros encontraram uma maneira única de usar uma tradicional forma de arte japonesa para construir robôs e garras robóticas.

Ao estudar como os materiais mudam de forma quando são deformados por forças externas, Yi Yang e seus colegas da Universidade de Boston, nos EUA, chegaram ao kirigami, uma forma de arte japonesa que se baseia no corte e dobradura de papel (kiri: cortar; kami: papel).

Em vez de papel, eles usaram folhas de plástico finas, que foram cortadas em formatos específicos.

Em seguida, os pedaços foram dobrados para que o plástico se transformasse em garras, capazes de pegar objetos.

O resultado foi melhor do que o esperado, com a garra robótica conseguindo capturar objetos de uma ampla gama de tamanhos, pesos, formas e fragilidade.

Uma das garras construída pela equipe é tão pequena que consegue pegar um único grão de areia; já outras são grandes o suficiente para pegar uma garrafa de água.

Yang afirma que esta demonstração é uma contribuição significativa para o campo emergente da robótica leve - ou robótica macia -, capaz de manipular objetos sensíveis sem danificá-los.

Bibliografia:

Artigo: Grasping with kirigami shells
Autores: Yi Yang, Katherine Vella, Douglas P. Holmes
Revista: Science Robotics
Vol.: 6, Issue 54, eabd6426
DOI: 10.1126/scirobotics.abd6426

Mineração cirúrgica será minimamente invasiva para o planeta

2022-01-22T15:25:00.006-08:00

Mineração cirúrgica será minimamente invasiva para o planeta

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2021

Conceito da mineração minimamente invasiva.
[Imagem: Evelien Martens et al. - 10.1126/sciadv.abf9971]

Mineração com impacto mínimo

Engenheiros de minas e geólogos se uniram para desenvolver uma nova técnica de mineração que promete mudar o modo como são extraídos metais como o cobre, zinco e muitos outros.

Hoje existem basicamente duas técnicas de mineração de metais: A céu aberto, quando a jazida está na superfície, e subterrânea, quando a jazida está nas profundezas. No primeiro caso é feito um enorme buraco superficial, enquanto no segundo é feita toda uma trama de galerias no subterrâneo.

As minas subterrâneas causam danos ambientais muito menores, mas são muito mais caras de operar.

Evelien Martens e seus colegas do Reino Unido e da Austrália querem substituir tudo pelo que eles chamam de "cirurgia minimamente invasiva", uma espécie de "mineração por laparoscopia" - em vez de grandes túneis, por onde entram trabalhadores e máquinas, tudo é feito por um pequeno buraco que a equipe chama de "buraco de fechadura".

A equipe fez testes em pequena escala envolvendo a extração de cobre e ferro.
[Imagem: Evelien Martens et al. - 10.1126/sciadv.abf9971]

Mineração cirúrgica

Para demonstração da possibilidade da mineração cirúrgica, a equipe usou um campo elétrico para controlar o movimento de um ácido dentro de um depósito de minério de cobre de baixa permeabilidade, dissolvendo e recuperando seletivamente o metal no próprio local.

A técnica consiste na construção (perfuração) de eletrodos diretamente no corpo de minério. Uma corrente elétrica é então aplicada, o que pode resultar no transporte de íons metálicos eletricamente carregados, como o cobre, através da rocha, por meio de um processo chamado eletromigração. Tudo o que sai do solo é uma solução contendo o metal.

É um contraste radical com a mineração tradicional, onde as rochas devem ser quebradas, geralmente por explosivos, e o minério trazido para a superfície, onde é moído e tratado para retirada do metal, tudo isso gerando uma grande sobre de material, conhecido como rejeito ou ganga, que é depositado em aterros e barragens.

Os pesquisadores acreditam que essa nova técnica de engenharia de minas tem potencial para transformar a indústria de mineração porque permite dissolver metais de uma ampla gama de depósitos de minério hoje considerados inacessíveis ou com teor de metal contido baixo demais para justificar a exploração econômica da jazida.

"Esta nova abordagem, análoga à cirurgia laparoscópica, tem potencial para oferecer um futuro mais sustentável para a indústria de mineração, permitindo a recuperação de metais, como o cobre, que são urgentemente necessários para a nossa transição global para uma nova Economia Verde, evitando perturbações ambientais indesejadas e consumo de energia," disse o professor Rich Crane, da Universidade de Exeter.

O próximo passo será demonstrar a técnica em um depósito mineral real, em operação pelas técnicas de mineração tradicional, para comparar a eficiência da mineração cirúrgica.

Bibliografia:

Artigo: Toward a more sustainable mining future with electrokinetic in situ leaching
Autores: Evelien Martens, Henning Prommer, Riccardo Sprocati, Jing Sun, Xianwen Dai, Rich Crane, James Jamieson, Pablo Ortega Tong, Massimo Rolle, Andy Fourie
Revista: Science Advances
Vol.: 7, no. 18, eabf9971
DOI: 10.1126/sciadv.abf9971

Criado primeiro software em nuvem matematicamente seguro

2022-01-22T15:24:00.002-08:00

Criado primeiro software em nuvem matematicamente seguro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2021

O sistema garante matematicamente a segurança das máquinas virtuais.
[Imagem: Jason Nieh-Ronghui Gu/Columbia Engineering]

Software matematicamente seguro

Engenheiros da Universidade de Colúmbia, nos EUA, afirmam ter criado o "primeiro sistema de software multiprocessador do mundo real que é matematicamente correto e seguro".

Batizado de SeKVM, é o primeiro sistema formalmente verificado para computação em nuvem.

A verificação formal é o processo de provar matematicamente que o software faz o que se espera dele, que o código do programa funciona como deveria e que não há bugs de segurança ocultos com que se preocupar.

Por exemplo, quando alguém faz uma compra em um site, os dados desse cliente são atualizados automaticamente e armazenados em milhares de máquinas virtuais na nuvem. Qualquer vulnerabilidade, em qualquer uma dessas máquinas virtuais, abre a possibilidade de vazamento de dados e prejuízos.

Assim como os hackers não param, as equipes anti-hacker também têm dado muita atenção à verificação formal, incluindo o trabalho de verificação dos sistemas operacionais com multiprocessador.

"Mas toda essa pesquisa foi conduzida em pequenos sistemas parecidos com brinquedos, que ninguém usa na vida real. Verificar um sistema de multiprocessador comercial, um sistema amplamente utilizado como o Linux, foi considerado mais ou menos impossível," conta Ronghui Gu, membro da equipe.

O processo de verificação formal é feito nos hipervisores, por meio de um mecanismo chamado microverificação.
[Imagem: Shih-Wei Li et al. - 10.1109/SP40001.2021.00049]

Hipervisores

O trabalho de monitoramento e fiscalização dos programas rodando na nuvem ficam a cargo dos chamados "hipervisores", programas usados para executar e gerenciar uma ou mais máquinas virtuais. Assim, a segurança dos dados depende da exatidão e da confiabilidade do hipervisor.

Contudo, apesar de sua importância, os hipervisores são complicados - eles podem incluir um sistema operacional Linux inteiro. Apenas um único elo fraco no código - que é virtualmente impossível de detectar por meio dos testes tradicionais - pode tornar um sistema vulnerável. Mesmo se um hipervisor for escrito 99% corretamente, um hacker ainda pode se infiltrar naquela configuração de 1% em particular e assumir o controle do sistema.

O trabalho da equipe consistiu em aprimorar um hipervisor largamente utilizado, chamado KVM, adicionando-lhe modificações que garantem que as máquinas virtuais são seguras e isoladas uma das outras. E provaram isto matematicamente.

Microverificação

Esta nova versão do hipervisor, batizada de SeKVM (Secure KVM) foi verificada usando MicroV, uma nova estrutura para validar as propriedades de segurança de grandes sistemas. A MicroV parte da hipótese de que pequenas mudanças no sistema podem torná-lo significativamente mais fácil de verificar, uma nova técnica que os pesquisadores chamam de microverificação.

Essa nova técnica em camadas atualiza e corrige um sistema existente e extrai os componentes que reforçam a segurança em um pequeno núcleo, que é então verificado, o que garante a segurança de todo o sistema.

"Nós mostramos que nosso sistema pode salvaguardar e proteger computações e dados privados enviados para a nuvem com garantias matemáticas. Isso nunca foi feito antes," disse o professor Xupeng Li.

"A SeKVM servirá como uma proteção em vários domínios, de sistemas bancários e dispositivos de Internet das Coisas a veículos autônomos e criptomoedas," acrescentou seu colega Shih-Wei Li.

Bibliografia:

Artigo: A Secure and Formally Verified Linux KVMHypervisor
Autores: Shih-Wei Li, Xupeng Li, Ronghui Gu, Jason Nieh, John Zhuang Hui
Revista: Proceedings of th IEEE Symposium on Security & Privacy
DOI: 10.1109/SP40001.2021.00049
Link: http://www.cs.columbia.edu/~nieh/pubs/ieeesp2021_kvm.pdf

2022-01-22T15:22:00.004-08:00

Motor movido a informação bate recorde de velocidade e potência

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/05/2021

O motor movido a informação é uma derivação do mais conhecido demônio de Maxwell.
[Imagem: Tushar K. Saha et al. - 10.1073/pnas.2023356118]

Informação como combustível

Pesquisadores construíram um motor incrivelmente rápido que aproveita um novo tipo de combustível - a informação.

O desenvolvimento desse motor, que converte o movimento aleatório de uma partícula microscópica em energia armazenada, pode levar a avanços significativos na velocidade e no custo dos computadores e das bio-nanotecnologias.

"Queríamos descobrir a velocidade com que um motor de informação pode funcionar e quanta energia ele pode extrair, então construímos um," conta o professor John Bechhoefer, da Universidade Simon Fraser, no Canadá, acrescentando que a compreensão de como converter informações em "trabalho de maneira rápida e eficiente pode viabilizar o projeto e a construção de mecanismos de informação no mundo real".

Motores desse tipo foram propostos pela primeira vez há mais de 150 anos, mas construí-los de verdade só recentemente se tornou possível.

Da termodinâmica à teoria da informação

Os motores de informação são uma realização moderna do experimento mental do chamado demônio de Maxwell. Esse "demônio" - que nada tem de diabólico - é uma nanomáquina idealizada teoricamente pelo físico James Clerk Maxwell em 1867. Ele viola a Segunda Lei da Termodinâmica manipulando moléculas quentes e frias conforme elas fluem entre dois recipientes, fazendo assim o calor fluir na contramão, diminuindo a entropia.

Em 1948, Claude Shannon, considerado o fundador da teoria da informação, mostrou que o conteúdo de informação de uma mensagem pode ser quantificado com o que ele chamou de "entropia de informação".

Finalmente, em 1961, Rolf Landauer mostrou que, mesmo apagar uma informação consome energia, estabelecendo o elo que faltava entre a teoria da informação e a termodinâmica.

Desde então, inúmeros experimentos confirmaram o princípio de Landauer, inverteram o sentido do fluxo de calor e mostraram que até mesmo medir o tempo aumenta a entropia.

O que a equipe fez agora foi projetar e montar um motor movido a informação que se mostrou o mais rápido construído até hoje.

O mesmo arcabouço teórico usado para construir o motor movido a informação leva a crer que as informações digitais equivalerão à metade da massa da Terra em pouco mais de 200 anos.
[Imagem: Melvin M. Vopson - 10.1063/5.0019941]

Motor movido a informação

O motor movido a informação consiste em uma partícula microscópica, imersa em água e presa a uma mola, por sua vez fixada a um tablado móvel. Os pesquisadores então observam a partícula saltando para cima e para baixo devido ao movimento térmico.

"Quando vemos um salto para cima, movemos o tablado em resposta," explicou o pesquisador Tushar Saha. "Quando vemos um salto para baixo, esperamos. Isso acaba levantando todo o sistema usando apenas informações sobre a posição da partícula."

Repetindo esse procedimento, eles elevam a partícula a uma grande altura, e assim armazenam uma quantidade significativa de energia gravitacional, sem ter que puxar diretamente a partícula. E motor então ganha movimento sustentado.

O motor atingiu uma velocidade máxima de 190 micrômetros por segundo e uma potência máxima de 103 kBT/s, números comparáveis aos medidos nos motores biológicos das bactérias.

"Em nossa análise teórica, encontramos uma compensação interessante entre a massa da partícula e o tempo médio para que a partícula salte para cima. Enquanto as partículas mais pesadas podem armazenar mais energia gravitacional, geralmente levam mais tempo para subir," comentou Joseph Lucero.

"Guiados por esse insight, escolhemos a massa da partícula e outras propriedades do motor para maximizar a rapidez com que o motor extrai energia, superando os projetos anteriores e alcançando potência comparável à maquinaria molecular em células vivas e velocidades comparáveis às bactérias que nadam rapidamente," finalizou o professor Jannik Ehrich.

Bibliografia:

Artigo: Maximizing power and velocity of an information engine
Autores: Tushar K. Saha, Joseph N. E. Lucero, Jannik Ehrich, David A. Sivak, John Bechhoefer
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.2023356118

Nêutrons formam uma pele no núcleo de um átomo

2022-01-22T15:20:00.002-08:00

Nêutrons formam uma pele no núcleo de um átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2021

Ilustração de um núcleo de chumbo-208, mostrando o núcleo misto de prótons e nêutrons e a "pele" de nêutrons (à esquerda).
[Imagem: APS/Alan Stonebraker]

Espessura dos nêutrons

Físicos descobriram que os nêutrons envolvem o núcleo de um átomo, formando uma espécie de "pele" ao redor dos prótons.

A espessura dessa pele de nêutrons é de 0,28 milionésimo de nanômetro, um dado que tem implicações importantes para a estrutura e o tamanho das estrelas de nêutrons, devendo impactar até mesmo na interpretação das ondas gravitacionais.

Os prótons e nêutrons que formam o núcleo de cada átomo do Universo ajudam a determinar a identidade e as propriedades de cada elemento. Os físicos estão estudando diferentes núcleos para aprender mais sobre como esses prótons e nêutrons agem dentro do núcleo.

"Os prótons em um núcleo de chumbo estão em uma esfera, e descobrimos que os nêutrons estão em uma esfera maior ao seu redor, e chamamos isso de pele de nêutrons.

"O raio de carga é de cerca de 5,5 femtômetros [10-15 metro]. E a distribuição dos nêutrons é um pouco maior do que isso - cerca de 5,8 femtômetros, então a pele de nêutrons tem 0,28 femtômetro, ou cerca de 0,28 milionésimo de nanômetro," explicou o professor Kent Paschke, da Universidade da Virgínia e porta-voz da colaboração PREx (Lead Radius Experiment)

Pele de nêutrons

Os nêutrons são difíceis de medir porque as sondas normalmente usadas para medir partículas subatômicas dependem da medição da carga elétrica dessas partículas, por meio da interação eletromagnética, uma das quatro interações na natureza. Como os nêutrons não têm carga elétrica, a colaboração PREx faz uso de uma força fundamental diferente, a força nuclear fraca, para estudar a distribuição dos nêutrons.

Os núcleos mais leves, aqueles com apenas alguns prótons, normalmente têm o mesmo número de prótons e nêutrons em seu interior. À medida que os núcleos ficam mais pesados, contudo, eles precisam de mais nêutrons do que prótons para permanecer estáveis. Todos os núcleos estáveis com mais de 20 prótons têm mais nêutrons do que prótons. Por exemplo, o chumbo tem 82 prótons e 126 nêutrons.

Medir como esses nêutrons extras são distribuídos dentro do núcleo é uma informação fundamental para entender como os núcleos pesados se mantêm coesos.

"A questão é sobre onde os nêutrons estão no chumbo. O chumbo é um núcleo pesado - há nêutrons extras, mas, no que diz respeito à força nuclear, uma mistura igual de prótons e nêutrons funciona melhor," disse Paschke..

A medição usa um feixe de elétrons, que interagem com os prótons ou nêutrons por meio da interação eletromagnética ou da força fraca - a assimetria entre as duas permite calcular a espessura da pele de nêutrons.
[Imagem: Jefferson Lab]

Estrelas de nêutrons

Os pesquisadores afirmam que o resultado mostra uma casca mais espessa do que algumas teorias sugerem, o que tem implicações para os processos físicos, para o tamanho das estrelas de nêutrons e como elas se esfacelam conforme duas delas se fundem para formar um buraco negro.

"Estamos descobrindo o que chamamos de equação de estado rígida - uma pressão mais alta do que o esperado, de modo que é difícil espremer esses nêutrons no núcleo. E, assim, estamos descobrindo que a densidade dentro do núcleo é um pouco menor do que o esperado," disse Paschke.

"Precisamos saber o conteúdo da estrela de nêutrons e a equação de estado, e então podemos prever as propriedades dessas estrelas de nêutrons. Então, o que estamos contribuindo para o campo com essa medição do núcleo de chumbo permite que você extrapole melhor para as propriedades das estrelas de nêutrons," completou Krishna Kumar, membro da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Accurate Determination of the Neutron Skin Thickness of 208Pb through Parity-Violation in Electron Scattering
Autores: D. Adhikari et al.
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 126, 172502
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.172502

Luz muda de velocidade sem quebrar leis da física

2022-01-22T15:18:00.002-08:00

Luz muda de velocidade sem quebrar leis da física

Com informações da APS - 28/05/2021

Há uma expectativa de que os eventos acima da velocidade da luz unifiquem a Física Quântica e a Relatividade.
[Imagem: Pete Linforth/Pixabay]

Velocidade da luz

A luz tem um limite de velocidade estrito: 299.792.458 metros por segundo (m/s) no vácuo, normalmente arredondados para 300.000 km/s.

Mas, sob certas condições, esse limite pode ser quebrado para pulsos de luz individuais. Vários experimentos já mostraram a luz viajando acima e abaixo do seu limite de velocidade em vários meios, de gases atômicos ultrafrios às comuns fibras ópticas - de fato, já se acredita ser possível transferir informações acima da velocidade da luz.

Clément Goyon e colegas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA, demonstraram agora como ajustar a velocidade da luz em um plasma, gerando uma larga mudança de velocidade da luz.

Eles afirmam que, longe de uma mera curiosidade, a técnica pode ajudar a melhorar o controle sobre os experimentos de fusão nuclear e permitir a construção de lasers de plasma de alta potência.

Superando a velocidade da luz

A velocidade na qual os pulsos de luz passam através de um material pode diferir muito da velocidade que a luz viaja no vácuo, o famoso valor "c" nas fórmulas de física.

Essa velocidade, chamada de velocidade de grupo, pode ser maior ou menor do que c, e influencia como a forma de um pulso de luz se espalha e distorce conforme se move através de um material - os físicos também chamam essas manipulações dos fótons de "foco voador".

Para sua demonstração, Goyon primeiro criou um plasma de hidrogênio e hélio ionizando um jato dos dois gases com um feixe de laser polarizado. Ele então dirigiu um segundo feixe de laser para o plasma.

No ponto onde os caminhos dos dois feixes se cruzam, o componente horizontal do segundo laser desacelera em resposta a uma mudança no índice de refração do plasma. Essa desaceleração vem das interações entre os dois lasers e o plasma, do mesmo modo que a luz muda de velocidade ao sair do ar e entrar em um copo com água.

Medindo o retardo entre os componentes horizontal e vertical do segundo pulso de laser, a equipe confirmou que eles tinham velocidades diferentes.

O curioso, porém, foi que, ao justar a diferença de frequência entre os dois feixes, a equipe descobriu que pode ajustar a velocidade da luz.

Em seus experimentos, eles conseguiram fazer a velocidade da luz variar de 0,995c até entre 0,12c e -0,34c, indicando que o pico do pulso viajou mais rápido e mais lento do que c.

Luz com acelerador e breque vai acima ou abaixo da velocidade da luz

Bibliografia:

Artigo: Slow and Fast Light in Plasma Using Optical Wave Mixing
Autores: C. Goyon, M. R. Edwards, T. Chapman, L. Divol, N. Lemos, G. J. Williams, D. A. Mariscal, D. Turnbull, A. M. Hansen, P. Miche
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 126, 205001
DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.205001

Antena de plasma promete energizar telecomunicações

2021-01-23T07:23:00.002-08:00

Antena de plasma promete energizar telecomunicações

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2020

O conceito inovador de antena é baseado na mesma matemática dos metamateriais.
[Imagem: Paliwoda/Rovey - 10.1063/1.5127172]

Comunicações por micro-ondas

As TVs de plasma perderam espaço no mercado porque consumiam muita energia, mas a tecnologia pode ser usada para otimizar muito as telecomunicações, largamente baseadas em transmissões na faixa das micro-ondas.

Feixes de micro-ondas de alta potência, semelhantes aos lasers, podem transmitir energia em altas velocidades por longas distâncias, não sendo afetadas pelo vento, pela gravidade ou por outras forças.

Para viabilizar isto, Matt Paliwoda e Joshua Rovey, da Universidade de Illinois, nos EUA, idealizaram um metamaterial que usa tubos de descarga de plasma para ajustar, concentrar e direcionar as frequências de micro-ondas.

"Nós focamos em cristais fotônicos de plasma atmosférico - uma estrutura formada por colunas de plasma com cerca de 0,1 a 0,8 milímetro de diâmetro, dispostas em colunas e linhas. Pense nisso como uma pequena floresta de plasma cuidadosamente ordenada. Por fim, estamos tentando encontrar quais botões girar - densidade do plasma, espaçamento das colunas, raio das colunas - para controlar melhor a frequência de micro-ondas que passa pela estrutura," contou Paliwoda.

O arranjo dessa matriz permite determinar como a energia de micro-ondas é refratada ou direcionada para um alvo. Ou seja, ajustando cada "píxel" de plasma, o metamaterial pode se tornar transparente para um determinada frequência, ou refleti-la quase completamente, o que torna a estrutura uma antena inteiramente seletiva e direcional, permitindo enviar transmissões para um local definido ou proibir comunicações em outra faixa de frequência.

A teoria dos modos de funcionamento da antena de plasma (em cima) e os resultados do protótipo (embaixo) - é uma visão de cima, onde cada círculo é um tubo de plasma .
[Imagem: Paliwoda/Rovey - 10.1063/1.5127172]

Antena de plasma

As unidades geradores de plasma, que podem ser controladas individualmente, ocupam o lugar das tradicionais microantenas metálicas que os metamateriais normalmente usam para manipular a luz de diversos comprimentos de ondas e criar de antenas planas e inteligentes a mantos de invisibilidade.

A técnica de geradores de plasma é fundamentalmente a mesma utilizada para aumentar a sustentação dos aviões e para criar motores avançados para propulsão espacial.

A diferença é que aqui a técnica foi usada para manipular ondas eletromagnéticas.

Bibliografia:

Artigo: Multiple parameter space bandgap control of reconfigurable atmospheric plasma photonic crystal
Autores: Matthew C. Paliwoda, Joshua L. Rovey
Revista: Physics of Plasmas
Vol.: 27, 023516
DOI: 10.1063/1.5127172

CP2

A Lua está emitindo carbono, contestando teoria sobre sua origem

2021-01-23T07:19:00.000-08:00

A Lua está emitindo carbono, contestando teoria sobre sua origem

Com informações da New Scientist - 07/05/2020

A Lua emite íons de carbono em quase toda a sua superfície, tanto do lado voltado para a Terra, quanto do lado "oculto".
[Imagem: Shoichiro Yokota et al. - 10.1126/sciadv.aba1050]

Carbono na Lua

A sonda japonesa Kaguya, que estudou a Lua por cerca de um ano e meio, revelou um dado intrigante e inesperado sobre o nosso satélite artificial: A Lua está emitindo carbono para o espaço.

O fato de ter retido, ou produzir, carbono internamente tem um amplo significado, contestando frontalmente a teoria mais aceita sobre a formação da Lua. Mas também há implicações para o nosso planeta, influenciando pesquisas sobre a origem da água da Terra e sobre a origem do petróleo e do gás natural, bem como do gás de efeito estufa metano.

Shoichiro Yokota e colegas da Universidade de Osaka, no Japão, constataram que a Lua emite íons de carbono em quase toda a sua superfície, tanto do lado voltado para a Terra, quanto do lado "oculto".

Eles compararam as emissões de carbono da Lua com estimativas do carbono fornecido por duas fontes externas - o vento solar e as colisões de micrometeoroides - e constataram que as duas fontes não explicam a emissão total verificada. "A emissão é um pouco maior do que a oferta do espaço," disse Yokota, motivo pelo qual a equipe acredita que a Lua tem seu próprio suprimento de carbono.

Isso sugere que a Lua contém carbono volátil - incorporado quando ela se formou ou por algum processo que levou o carbono até lá bilhões de anos atrás. Os compostos voláteis têm baixos pontos de ebulição e geralmente estão presentes na crosta ou na atmosfera dos corpos planetários, mas se acreditava que eles fossem escassos na Lua.

Formação da Lua

Os dados também não batem com as conclusões das análises das rochas lunares trazidas pelos astronautas nas missões Apolo, que só indicavam a presença de carbono e outros elementos voláteis num passado geológico muito distante. Por outro lado, a equipe encontrou uma associação entre a quantidade de carbono emitido e a idade aparente das rochas, o que os levou a levantar a hipótese de que terrenos mais antigos emitem menos porque já perderam mais carbono do que as regiões mais jovens.

A suposta falta de elementos voláteis deduzida dos estudos anteriores foi crucial para o sucesso da hipótese amplamente sustentada de que a Lua teria se formado como resultado de um impacto gigante entre a Terra jovem e um hipotético corpo do tamanho de Marte, chamado Teia, resultando em altas temperaturas que teriam evaporado os voláteis.

Mas a descoberta de que o carbono volátil ainda está presente na Lua sugere que houve temperaturas mais amenas quando ela se formou. "Esperamos uma espécie de modificação do modelo de nascimento lunar," disse Yokota.

Bibliografia:

Artigo: KAGUYA observation of global emissions of indigenous carbon ions from the Moon
Autores: Shoichiro Yokota, Kentaro Terada, Yoshifumi Saito, Daiba Kato, Kazushi Asamura, Masaki N. Nishino, Hisayoshi Shimizu, Futoshi Takahashi, Hidetoshi Shibuya, Masaki Matsushima, Hideo Tsunakawa
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 19, eaba1050
DOI: 10.1126/sciadv.aba1050

CP2

Motor de detonação promete foguetes melhores e mais baratos

2021-01-23T07:17:00.002-08:00

Motor de detonação promete foguetes melhores e mais baratos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/05/2020

Protótipo do motor de detonação rotativa usado por Koch para desenvolver seu modelo.
[Imagem: James Koch/Universidade de Washington]

Motor-foguete de detonação

É preciso muito combustível para lançar algo no espaço usando um foguete - várias vezes mais combustível do que carga útil.

Mas pode haver opções mais leves e mais baratas: um tipo especial de motor-foguete, chamado motor de detonação rotativa, promete tornar os foguetes não apenas mais econômicos, mas também mais leves e menos complicados de se construir.

Há apenas um problema: Até hoje, esse tipo de motor tem-se mostrado imprevisível demais para ser usado em um foguete real.

Um motor de foguete convencional funciona queimando continuamente o combustível e, em seguida, empurrando-o para fora da parte traseira do motor, criando empuxo que faz o foguete subir. Mas subir de forma controlada exige um adicional nada desprezível, na forma de máquinas e bombas para direcionar e controlar a reação de combustão.

Em um motor de detonação, por sua vez, o que há é uma sequência de explosões pulsadas, com a onda de choque fazendo naturalmente tudo por conta própria, sem precisar da ajuda de equipamentos acessórios.

"Um mecanismo de detonação rotativa adota uma abordagem diferente de como ele queima o propelente. Ele é feito de cilindros concêntricos. O propelente flui no espaço entre os cilindros e, após a ignição, a rápida liberação de calor forma uma onda de choque, um forte pulso de gás com pressão e temperatura significativamente mais altas, que se movem mais rápido que a velocidade do som.

"Esse processo de combustão é literalmente uma detonação - uma explosão - mas, após essa fase inicial de partida, o que vemos é uma sequência de pulsos de combustão estáveis, que continuam consumindo o propelente disponível. Isso produz alta pressão e temperatura que impulsionam os gases de exaustão na parte traseira do motor em alta velocidade, o que gera empuxo," explica James Koch, da Universidade de Washington, nos EUA.

Diagrama do motor de detonação.
[Imagem: James Koch et al. - 10.1103/PhysRevE.101.013106]

Modelo matemático

O problema é que, mesmo com toneladas de dados gerados por experimentos realizados desde a década de 1960, até hoje os físicos e engenheiros não entendem o que está acontecendo dentro do motor. Afinal, uma vez que você detona algo, ele simplesmente explode de forma violenta - ou para de explodir, e o motor morre.

Então, Koch decidiu desenvolver um modelo matemático que descreva em detalhes, passo a passo no tempo, como funcionam os motores de detonação.

Para isso, ele desenvolveu um motor experimental de detonação rotativa que permite controlar diferentes parâmetros, incluindo o crítico espaçamento entre os cilindros. Em seguida, ele gravou os processos de combustão com uma câmera de alta velocidade. Cada experimento dura apenas 0,5 segundo, mas uma câmera que grava 240.000 quadros por segundo permitiu ver o que estava acontecendo dentro do motor em câmera lenta.

Com os dados, a equipe conseguiu desenvolver um modelo matemático que permitiu pela primeira vez prever as condições nas quais um motor de detonação rotativa se torna estável ou instável. O modelo também permite avaliar o desempenho de um motor específico.

"Meu objetivo aqui era apenas reproduzir o comportamento dos pulsos que vimos - garantir que a saída do modelo seja semelhante aos nossos resultados experimentais," disse Koch. "Eu identifiquei a física subjacente e como [os pulsos] interagem. Agora eu posso pegar o que fiz aqui e torná-lo quantitativo. A partir daí, poderemos conversar sobre como criar um motor melhor".

Os motores a detonação também podem ser usados na geração de energia e como motores para aviões do futuro.
[Imagem: Afthon/Divulgação]

Foguete a hidrogênio

Jonathan Sosa e Kareem Ahmed, da Universidade da Flórida Central, também estão trabalhando no seu próprio motor de detonação, mas eles adotaram uma abordagem mais prática: encontrar o melhor propelente para manter o foguete estável.

"Nosso estudo apresenta, pela primeira vez, evidências experimentais de uma detonação segura e funcional de um propulsor de hidrogênio e oxigênio em um motor de foguete de detonação rotativa," disse Ahmed.

Em seu protótipo, as explosões sequenciais são sustentadas pela injeção de hidrogênio e oxigênio no sistema, nas quantidades certas.

"Nós tivemos que ajustar os tamanhos dos jatos que liberam os propelentes para melhorar a mistura de uma composição local do hidrogênio e do oxigênio," disse Ahmed. "Então, quando a explosão giratória ocorre nesta mistura fresca, ela ainda continuará sustentada. Porque se a mistura tiver sua composição ligeiramente diferente, ela tenderá a desinflar ou queimar lentamente, em vez de detonar."

Os resultados práticos com o hidrogênio já ecoaram pela comunidade científica, com várias equipes anunciando que irão desengavetar seus protótipos e testar o controle da mistura de hidrogênio. De posse do modelo matemático desenvolvido por Kock, agora há uma chance real de que os motores-foguete de detonação possam sair das pranchetas e criar uma nova geração de foguetes menores e mais baratos.

Bibliografia:

Artigo: Mode-locked rotating detonation waves: Experiments and a model equation
Autores: James Koch, Mitsuru Kurosaka, Carl Knowlen, J. Nathan Kutz
Revista: Combustion and Flame
Vol.: 101, 013106
DOI: 10.1103/PhysRevE.101.013106

Artigo: Experimental evidence of H2/O2 propellants powered rotating detonation waves
Autores: Jonathan Sosa, Robert Burke, Kareem A. Ahmed, Daniel J. Micka, John W. Bennewitz, Stephen A. Danczyk, Eric J. Paulson, William A. Hargus Jr
Revista: Physical Review E
Vol.: 214, Pages 136-138
DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.12.031

CP2

Gerador de vapor passivo purifica e dessaliniza água

2021-01-23T07:15:00.001-08:00

Gerador de vapor passivo purifica e dessaliniza água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/05/2020

O material esquenta ao absorver raios infravermelhos da luz solar, aumentando a evaporação em até cinco vezes.
[Imagem: Thor Balkhed]

Gerador solar de vapor

Pesquisadores suecos construíram um gerador de vapor passivo e de alta eficiência, para a purificação e dessalinização de água, usando apenas materiais baratos e naturais, como a celulose.

E, melhor de tudo, ele funciona unicamente com energia solar.

"A taxa de produção de vapor é de 4 a 5 vezes maior do que a da evaporação direta da água, o que significa que podemos purificar mais água," disse o professor Simone Fabiano, da Universidade de Linkoping.

O gerador de vapor consiste em um aerogel fabricado com celulose misturada com o polímero conjugado orgânico PEDOT:PSS.

O aerogel possui uma nanoestrutura porosa, o que significa que grandes quantidades de água podem ser absorvidas pelos poros. E o polímero tem a capacidade de absorver a energia da luz solar, principalmente na parte infravermelha do espectro, a radiação que transporta a maior parte do calor do sol.

"Uma camada de 2 mm deste material pode absorver 99% da energia no espectro solar," disse Fabiano.

Esquema do evaporador solar.
[Imagem: Shaobo Han et al. - 10.1002/adsu.202000004]

Evaporador solar

Para a montagem final do evaporador solar, uma espuma flutuante é posta entre a água e o aerogel, de modo que o gerador de vapor seja mantido na superfície, qualquer que seja o volume de água. O calor do sol vaporiza a água, enquanto o sal e outros materiais ficam retidos no aerogel.

"O aerogel é durável e pode ser limpo, por exemplo, em água salgada, de forma que ele pode ser usado novamente imediatamente. Isso pode ser repetido várias vezes. A água que passa pelo sistema por evaporação se torna água potável de alta qualidade," disse o pesquisador Tero-Petri Ruoko.

A equipe está estudando como escalonar a fabricação do aerogel, para que ele possa ser produzido em larga escala.

Sensor de celulose mede pressão, temperatura e umidade de uma vez só

Bibliografia:

Artigo: Cellulose-Conducting Polymer Aerogels for Efficient Solar Steam Generation
Autores: Shaobo Han, Tero-Petri Ruoko, Johannes Gladisch, Johan Erlandsson, Lars Wågberg, Xavier Crispin, Simone Fabiano
Revista: Advanced Sustainable Systems
DOI: 10.1002/adsu.202000004

CP2

Lei universal da física descoberta graças a uma gota de azeite

2021-01-23T07:11:00.003-08:00

Lei universal da física descoberta graças a uma gota de azeite

Com informações da BBC - 11/05/2020

Ilustração representa os dois espelhos, a cavidade no centro com azeite de oliva e um raio de luz
[Imagem: Henk-Jan Boluijt / AMOLF]

Biestabilidade

Parece um experimento simples: Com apenas dois espelhos e uma gota de azeite de oliva, um grupo de pesquisadores conseguiu descobrir uma lei universal da física.

Mas não se trata de qualquer tipo de espelho. São de extrema qualidade, curvos e com um tamanho entre 10 e 50 vezes menor que a espessura de um fio de cabelo. Já o azeite era do tipo comum mesmo e foi comprado em um supermercado pela equipe.

O experimento trata de fótons interagindo com outros fótons do presente e do passado ao mesmo tempo.

Tudo começa com o conceito de biestabilidade. "Imagine um bit de computador que pode estar em dois estados: 0 ou 1. O problema é que você tem um único comando. Portanto, se você pressionar um botão, é provável que o bit caia para 0 ou caia em 1," relata o físico mexicano Said Rodríguez, atualmente no instituto científico Amolf, nos Países Baixos.

Agora vem um segundo conceito: biestabilidade em um sistema com memória. "Agora imagine que você lança uma moeda para o alto e dê cara. Então a lança novamente. O resultado depende de já ter saído cara antes? Não deveria e, na maior parte dos sistemas, não depende. Mas, para este sistema, sim. Isso é o que o torna especial," esclarece Rodríguez.

Em outras palavras, a probabilidade depende do que aconteceu no passado, em sua história. Por isso se diz que o sistema tem memória.

Intermediação da interação

O último ingrediente do experimento é a luz - ou tentar explicar aqueles dois conceitos usando os fótons.

"Infelizmente, é muito difícil criar biestabilidade para a luz, o que exige que a luz interaja consigo mesma e isso praticamente nunca ocorre no espaço livre. Quando dois raios laser se cruzam, eles continuam a se espalhar como se nunca se vissem," diz o físico, exemplificando que sabres de luz como os mostrados nos filmes da saga Star Wars não existem em um ambiente normal.

O truque é então fazer com que os fótons interajam com certos materiais. É assim que o experimento passou a ser temperado com uma gota de azeite.

Primeiro é necessário capturar a luz e confiná-la em um espaço muito pequeno. Esta é a função dos dois pequenos espelhos que fazem parte do experimento, que são colocados muito próximos um do outro, com uma gota de azeite no meio, dentro de uma cavidade. "Esses espelhos permitem que a luz salte muitas vezes de um lado para o outro, passando pelo azeite. É justamente ali que a interação entre os fótons é gerada," diz Rodríguez.

Outra equipe já havia verificado a interação de fótons no óleo de mamona. Eles tentaram ele e também o óleo de macadâmia, mas foi em uma revista de física aplicada do México, em um artigo publicado em espanhol, que Rodríguez e sua equipe encontraram um relatório de um efeito curioso encontrado com a luz interagindo no azeite de oliva.

E funcionou.

A computação molecular baseia-se no mesmo conceito de biestabilidade.
[Imagem: Jan-Simon von Glasenapp/Rainer Herges]

Lei universal

Mas se outros já haviam feito a mesma coisa, qual foi a descoberta do grupo?

A descoberta aconteceu quando eles começaram a mover os espelhos, para variar a distância entre eles: Eles perceberam que a biestabilidade desaparece a uma velocidade universal, independentemente de parâmetros como a intensidade da luz.

Nas palavras de Rodríguez: "A lei universal que descobrimos está relacionada à velocidade com que a biestabilidade desaparece nos sistemas com memória," disse Rodríguez, voltando à analogia com a moeda: "Você começa com uma moeda que pode ser cara ou coroa e, à medida que a velocidade em que você joga uma moeda aumenta, a moeda se torna unilateral. Ela não pode mais ter duas faces. É uma. Dizer que sempre cai do mesmo lado seria errado, porque não existem mais dois lados, mas um," acrescenta.

Tudo isso soa estranho? O próprio Rodríguez é o primeiro a reconhecer isso: "Tudo isso parece algo muito abstrato ou específico, mas existem muitos sistemas que possuem essa propriedade de que sua resposta não é independente do passado, ou seja, que eles têm memória."

E como as equações que descrevem este sistema de luz e azeite "são muito semelhantes às que descrevem muitos outros sistemas em física, química, biologia e engenharia," diz-se que a lei que elas descrevem é considerada universal.

Transistores biestáveis podem armazenar dois bits diferentes, em vez de apenas 0 ou 1.
[Imagem: M. Feng et al. - 10.1063/1.4942222]

Aplicações práticas

A biestabilidade é usada em muitas tecnologias modernas, pois é uma maneira eficiente de codificar informações. No entanto, o sistema no qual essa equipe internacional alcançou a biestabilidade "permite um alto grau de controle e pode ser operado com muito pouca emissão de luz, e essas propriedades o tornam muito atraente para aplicações".

Rodríguez lista três aplicações possíveis: sensores para detectar pequenas partículas, dispositivos que permitem o transporte de luz de formas incomuns e computadores ópticos que podem processar quantidades de informações que excedam a capacidade dos atuais computadores comuns.

No caso deste último exemplo, o físico não fala em fabricar computadores que, a curto prazo, substituam os nossos.

"Mas há certos problemas que são muito específicos, mas muito importantes, nos quais os computadores modernos comuns são bastante ruins, por serem muito lentos." Esses são problemas de otimização combinatorial, de grande relevância em muitas áreas da ciência e da tecnologia, entre outras. Um exemplo é o que acontece quando se pesquisa em um aplicativo de mapeamento como ir do ponto A para o ponto B.

"O que você faria para encontrar rapidamente a menor distância?", Pergunta o cientista. "Bem, você teria que encontrar todos os caminhos diferentes e medi-los."

Para fazer isso, você executa um cálculo serial: primeiro encontra o caminho um, depois o caminho dois, o caminho três, o caminho quatro e assim por diante até que todos estejam concluídos e o menor seja definido. Um computador comum faria o mesmo. "Em nosso sistema, você não procederia em série, mas em paralelo: você pode explorar todos os caminhos ao mesmo tempo," explica Rodríguez.

Certamente, esse cálculo otimizado não seria alcançado com dois espelhos e uma gota de azeite, mas com "redes de cavidades, ou seja, muitos, muitos espelhos, lado a lado, interagindo uns com os outros". E, diferentemente dos computadores quânticos no estágio atual, tudo poderia ser feito a temperatura ambiente.

Bibliografia:

Artigo: Universal Scaling in the Dynamic Hysteresis, and Non-Markovian Dynamics, of a Tunable Optical Cavity
Autores: Z. Geng, K. J. H. Peters, A. A. P. Trichet, K. Malmir, R. Kolkowski, J. M. Smith, S. R. K. Rodriguez
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 124, 153603
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.153603

Artigo: Medida de las propiedades ópticas no-lineales del aceite de oliva usando Z-Scan
Autores: A. García, S. Valbuena, R. Sarmiento, F. Racedo
Revista: Óptica Pura Y Aplicada
DOI: 10.7149/OPA.48.1.55

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