Pingos de ciência

O núcleo interno da Terra pode ter parado temporariamente de girar em relação ao manto e à superfície, relatam os pesquisadores na Nature Geoscience de 23 de janeiro . Agora, a direção da rotação do núcleo interno pode estar se invertendo – parte do que poderia ser um ciclo de aproximadamente 70 anos que pode influenciar a duração dos dias da Terra e seu campo magnético – embora alguns pesquisadores sejam céticos. “Vemos fortes evidências de que o núcleo interno está girando mais rápido que a superfície, [mas] por volta de 2009 quase parou”, diz o geofísico Xiaodong Song, da Universidade de Pequim. “Agora está se movendo gradualmente na direção oposta.” Uma reviravolta tão profunda pode parecer bizarra, mas a Terra é volátil. Perfure a crosta em constante mudança e você entrará no manto titânico , onde massas gigantes de rocha fluem viscosamente ao longo de milhões de anos, às vezes subindo para escoriar a crosta sobrejacente. Mergulhe mais fundo e você alcançará o núcleo externo líquido da Terra. Aqui, correntes circulantes de metais fundidos conjuram o campo magnético do nosso planeta. E no centro desse derretimento, você encontrará uma bola de metal sólida e giratória com cerca de 70% da largura da lua. Este é o núcleo interno. Estudos sugeriram que esse coração sólido pode girar dentro do núcleo externo líquido, compelido pelo torque magnético do núcleo externo. Os pesquisadores também argumentaram que a imensa atração gravitacional do manto pode aplicar um freio errático na rotação do núcleo interno, fazendo-o oscilar. A evidência da rotação flutuante do núcleo interno surgiu pela primeira vez em 1996. O geofísico Paul Richards, do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia, em conjunto a Song, relataram que, ao longo de três décadas, ondas sísmicas de terremotos levaram diferentes quantidades de tempo para atravessar o coração sólido da Terra. Os pesquisadores inferiram que o núcleo interno gira a uma velocidade diferente do manto e da crosta, causando as diferenças de tempo. O planeta gira cerca de 360 ​​graus em um dia. Com base em seus cálculos, os pesquisadores estimaram que o núcleo interno, em média, gira cerca de 1 grau por ano mais rápido que o resto da Terra. Mas outros pesquisadores questionaram essa conclusão, alguns sugerindo que o núcleo gira mais devagar do que a estimativa de Song e Richards ou não gira de maneira diferente. No novo estudo, ao analisar dados sísmicos globais que remontam à década de 1990, Song e o geofísico Yi Yang – também da Universidade de Pequim – fizeram uma observação surpreendente. Antes de 2009, ondas sísmicas geradas por sequências e pares de terremotos repetidos – conhecidos como multipletos e dupletos – viajavam em taxas diferentes através do núcleo interno. Isso indicou que as ondas de terremotos recorrentes estavam cruzando diferentes partes do núcleo interno e que o núcleo interno estava girando em um ritmo diferente do resto da Terra, alinhando-se com a pesquisa anterior de Song. Mas por volta de 2009, as diferenças nos tempos de viagem desapareceram. Isso sugere que o núcleo interno parou de girar em relação ao manto e à crosta, diz Yang. Depois de 2009, essas diferenças retornaram, mas os pesquisadores inferiram que as ondas estavam cruzando partes do núcleo interno que sugeriam que agora ele estava girando na direção oposta em relação ao resto da Terra. Os pesquisadores então se debruçaram sobre os registros de dupletos do terremoto do Alasca datados de 1964. Embora o núcleo interno parecesse girar constantemente durante a maior parte desse tempo, parece ter feito outra inversão na rotação no início dos anos 1970, dizem os pesquisadores. Song e Yang inferem que o núcleo interno pode oscilar com uma periodicidade de aproximadamente 70 anos – mudando de direção a cada 35 anos ou mais. Como o núcleo interno está gravitacionalmente ligado ao manto e magneticamente ligado ao núcleo externo, os pesquisadores dizem que essas oscilações podem explicar variações conhecidas de 60 a 70 anos na duração dos dias da Terra e no comportamento do campo magnético do planeta. No entanto, mais trabalho é necessário para definir quais mecanismos podem ser responsáveis. Mas nem todos os pesquisadores estão a bordo. Yang e Song “identificam este recente período de 10 anos [que] tem menos atividade do que antes, e acho que provavelmente é confiável”, diz o geofísico John Vidale da University of Southern California em Los Angeles, que não esteve envolvido no a pesquisa. Mas além disso, diz Vidale, as coisas ficam controversas. Em 2022, ele e um colega relataram que ondas sísmicas de testes nucleares mostram que o núcleo interno pode inverter sua rotação a cada três anos ou mais. Enquanto isso, outros pesquisadores propuseram que o núcleo interno não está se movendo. Em vez disso, dizem eles, mudanças na forma da superfície do núcleo interno poderiam explicar as diferenças nos tempos de propagação das ondas. #geofisica

O carbono em suas inúmeras formas há muito cativa a comunidade científica. Além de ser o principal componente de toda a vida orgânica na Terra, as formas materiais de carbono ganharam seu quinhão de descobertas. Em 1996, o Prêmio Nobel de Química foi para os descobridores do fulereno, uma estrutura superatômica simétrica de 60 átomos de carbono com a forma de uma bola de futebol; em 2010, pesquisadores que trabalhavam com uma versão ultraforte e de átomo fino de carbono, conhecida como grafeno, ganharam o Prêmio Nobel de Física. Em um trabalho publicado na Nature, pesquisadores da Universidade da Columbia, liderados por Elena Meirzadeh, descobriram uma nova versão de carbono que fica em algum lugar entre o fulereno e o grafeno: o grafulereno. É uma nova forma bidimensional de carbono composta de camadas de fulerenos ligados, descascados em flocos ultrafinos de um cristal de grafulerita maior – assim como o grafeno é descascado de cristais de grafite (o mesmo material encontrado em lápis). “É incrível encontrar uma nova forma de carbono no ano de 2022”, disse Nuckolls, um dos pesquisadores. “Também faz você perceber que existe toda uma família de materiais que podem ser feitos de maneira semelhante e que terão propriedades novas e incomuns como consequência da informação gravada nos blocos de construção superatômicos”. Meirzadeh, que sintetizou os primeiros cristais de grafulerita, referiu-se ao grafulereno como o "primo" superatômico do grafeno. Ao contrário do grafeno e da maioria dos outros materiais bidimensionais que são feitos de elementos repetidos que são limitados a geometrias de ligação específicas e, como resultado, têm propriedades específicas, a estrutura superatômica do grafulereno o torna incrivelmente modular, explicou ela. Com 60 átomos de carbono na bola para trabalhar, os fulerenos podem teoricamente ser ligados de várias maneiras diferentes, cada uma das quais pode produzir diferentes propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas – esta primeira versão representa apenas uma configuração possível. É uma nova maneira de pensar sobre as estruturas e suas propriedades à medida que crescem. "Por mais de 30 anos, os pesquisadores tiveram a noção de que aglomerados de átomos se comportariam de maneira diferente dos sólidos maiores que eles formam". "Aqui, estamos fazendo um sólido a partir de um superátomo de carbono existente para ver como esse tipo de organização influenciará suas propriedades. O novo material se comportaria como fulereno ou como outra coisa?" A equipe decidiu ligar moléculas de fulerenos em vez de átomos de carbono individuais em um cristal descascável em camadas, a fim de estudar suas propriedades superatômicas em duas dimensões. Meirzadeh usou uma técnica de síntese de estado sólido de alta temperatura envolvendo um andaime de magnésio que foi posteriormente removido, foi uma etapa final ligeiramente estressante. "Como químicos, a gente tenta coisas e nem sempre sabe o que vai acontecer. Achei que ia desmoronar, mas ficou intacto", lembra. "Ver um cristal de carbono puro e intacto que poderíamos facilmente esfoliar e estudar foi uma grande surpresa." Uma vez que o novo material foi feito, Meirzadeh enviou amostras para colaboradores na Columbia e além para imagens iniciais e caracterização. A bateria de testes revelou uma série de intrigantes propriedades elétricas, ópticas e térmicas. Como o grafeno, o grafulereno pode confinar e polarizar a luz, pode aceitar muitos elétrons extras e pode formar estruturas de superrede ajustáveis; essas propriedades o tornam um material promissor com aplicações potenciais em novos tipos de dispositivos ópticos e eletrônicos. Em comparação com os fulerenos, os cristais de grafulerita apresentam uma condutividade térmica muito maior, resultado das fortes ligações covalentes dentro de cada folha de grafulereno. A condutividade térmica ajuda a dissipar o calor, uma consideração importante ao construir dispositivos. O trabalho é um ponto de partida para a equipe explorar o potencial do grafulereno. Do ponto de vista químico, eles planejam ajustar suas propriedades modulares e introduzir novas estruturas, enquanto os colaboradores observarão mais de perto o que acontece quando as folhas de grafulereno são combinadas com diferentes tipos de materiais bidimensionais estudados na Columbia para ver quais outros segredos o carbono esconde. #grafeno #fulereno #grafulereno

As pererecas de vidro podem aumentar sua transparência em até 61%, armazenando a maior parte de seu sangue no fígado enquanto dormem. Os pesquisadores esperam que a compreensão de como as pererecas conseguem acumular seu sangue dessa maneira sem experimentar coágulos sanguíneos possa fornecer novas ídeias sobre a prevenção de coágulos perigosos em outros animais, incluindo humanos. Os anfíbios tropicais, do tamanho de um marshmallow, passam seus dias dormindo em folhas verdes brilhantes e procurando comida sob o manto da escuridão. Ser semi-transparente ajuda as pererecas de vidro, a evitarem ser vistas por predadores, mas é uma tarefa biológica desafiadora, já que a maioria dos animais precisa bombear continuamente glóbulos vermelhos por todo o corpo para fornecer oxigênio aos tecidos. “A transparência é rara em geral para os vertebrados”, diz Jesse Delia, do Museu Americano de História Natural de Nova York. Apenas algumas espécies de peixes e anfíbios conseguiram a façanha, incluindo a perereca de vidro de Fleischmann ( Hyalinobatrachium fleischmanni ). “Se não fosse pela pele verde nas costas, você provavelmente conseguiria ler um jornal através delas”, diz Delia. Delia e seus colegas começaram a investigar a transparência das pererecas mais de perto depois de perceber que os animais pareciam muito mais translúcidos durante o sono em comparação com quando estavam acordados. Assim, os pesquisadores mediram a opacidade das pererecas lançando diferentes comprimentos de onda de luz através dos animais enquanto elas estavam ativas e enquanto descansavam. Eles descobriram que as pererecas se tornam até 61% mais transparentes quando dormem. Quando traçaram o movimento do sangue nos animais vivos em tempo real usando imagens fotoacústicas, os pesquisadores descobriram que as pererecas de vidro podem “esconder” cerca de 89% de seus glóbulos vermelhos no fígado enquanto dormem. Para acomodar isso, os fígados das pererecas aumentaram em média 40%. Uma vez que as pererecas acordaram e sua circulação aumentou, elas se tornaram mais opacas e seus fígados diminuíram de tamanho. “Não é como se elas colocassem um pouco de sangue no fígado – elas colocaram quase todo o sangue no fígado”, diz Karen Warkentin , da Universidade de Boston. Na maioria dos vertebrados, acumular glóbulos vermelhos leva à coagulação, mas esses anfíbios não parecem ter consequências negativas para a saúde devido ao armazenamento de sangue no fígado. Delia diz que ainda não tem certeza de como as pererecas de vidro conseguem evitar a coagulação, mas espera que o trabalho possa avançar no tratamento dos coágulos sanguíneos em humanos pelos pesquisadores.

A pesquisa foi publicada na Physical Review. Uma equipe de engenheiros quânticos da Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, desenvolveu um método para redefinir um computador quântico - ou seja, preparar um bit quântico no estado '0' - com alta confiança, conforme necessário para cálculos quânticos confiáveis. O método é surpreendentemente simples: está relacionado ao antigo conceito de 'demônio de Maxwell', um ser onisciente que pode separar um gás em quente e frio observando a velocidade das moléculas individuais. "Aqui usamos um 'demônio' muito mais moderno - um voltímetro digital rápido - para observar a temperatura de um elétron retirado aleatoriamente de uma piscina quente de elétrons. Ao fazer isso, nós o tornamos muito mais frio do que a piscina de onde veio, e isso corresponde a uma alta certeza de estar no estado computacional '0'", diz o professor Andrea Morello, que liderou a equipe. "Computadores quânticos só são úteis se conseguirem chegar ao resultado final com baixíssima probabilidade de erros. E pode-se ter operações quânticas quase perfeitas, mas se o cálculo começar com o código errado, o resultado final também estará errado. Nosso 'demônio de Maxwell' nos dá uma melhoria de 20 vezes na precisão com que podemos definir o início da computação." A equipe do Prof. Morello foi pioneira no uso de spins de elétrons em silício para codificar e manipular informações quânticas e demonstrou alta fidelidade recorde - ou seja, probabilidade muito baixa de erros - na execução de operações quânticas. O último obstáculo restante para computações quânticas eficientes com elétrons era a fidelidade de preparar o elétron em um estado conhecido como ponto de partida do cálculo. "A maneira normal de preparar o estado quântico de um elétron é ir a temperaturas extremamente baixas, perto do zero absoluto, e esperar que todos os elétrons relaxem para o estado '0' de baixa energia", explica Morello. "Infelizmente, mesmo usando os refrigeradores mais potentes, ainda tínhamos 20% de chance de preparar o elétron no estado '1' por engano. Isso não era aceitável, tínhamos que fazer melhor do que isso." O Dr. Johnson, formado em Engenharia Elétrica, decidiu usar um instrumento de medição digital muito rápido para "observar" o estado do elétron e usar o processador de tomada de decisão em tempo real dentro do instrumento para decidir se deve manter esse elétron e usar para cálculos adicionais. O efeito desse processo foi reduzir a probabilidade de erro de 20% para 1%. "Quando começamos a escrever nossos resultados e pensamos sobre a melhor forma de explicá-los, percebemos que o que havíamos feito era uma reviravolta moderna na velha ideia do 'demônio de Maxwell'", diz o Prof. Morello. O conceito de 'demônio de Maxwell' remonta a 1867, quando James Clerk Maxwell imaginou uma criatura com a capacidade de saber a velocidade de cada molécula individual em um gás. Ele levaria uma caixa cheia de gás, com uma parede divisória no meio, e uma porta que pudesse ser aberta e fechada rapidamente. Com seu conhecimento da velocidade de cada molécula, o demônio pode abrir a porta para que as moléculas lentas (frias) se acumulem de um lado e as rápidas (quentes) do outro. "O demônio foi um experimento mental, para debater a possibilidade de violar a segunda lei da termodinâmica, mas é claro que tal demônio nunca existiu". "Agora, usando eletrônica digital rápida, de certa forma criamos um. Nós o incumbimos de observar apenas um elétron e garantir que esteja o mais frio possível. Aqui, 'frio' se traduz diretamente em estar no estado '0' do computador quântico que queremos construir e operar." As implicações desse resultado são muito importantes para a viabilidade dos computadores quânticos. Tal máquina pode ser construída com a capacidade de tolerar alguns erros, mas apenas se forem suficientemente raros. O limite típico para tolerância a erros é de cerca de 1 por cento. Isso se aplica a todos os erros, incluindo preparação, operação e leitura do resultado final. Esta versão eletrônica de um 'demônio de Maxwell' permitiu que a equipe reduzisse os erros de preparação em vinte vezes, de 20 por cento para 1 por cento. “Apenas usando um instrumento eletrônico moderno, sem complexidade adicional na camada de hardware quântico, conseguimos preparar nossos bits quânticos de elétrons com precisão suficiente para permitir uma computação subsequente confiável”, diz o Dr. Johnson. "Este é um resultado importante para o futuro da computação quântica. E é bastante peculiar que também represente a incorporação de uma ideia de 150 anos atrás!" #computadorquântico #demôniodeMaxwell

Inventada em 1970, a fibra óptica de baixa perda tornou-se o melhor meio para transportar informações de forma eficiente de um lugar para outro por longas distâncias sem perda de informações. A forma mais comum de transmissão de dados hoje em dia é através de fibras ópticas convencionais - um único canal de núcleo transmite as informações. No entanto, com o aumento exponencial da geração de dados, esses sistemas estão atingindo os limites da capacidade de transporte de informações. Assim, a pesquisa agora se concentra em encontrar novas maneiras de utilizar todo o potencial das fibras, examinando sua estrutura interna e aplicando novas abordagens à geração e transmissão de sinais. Além disso, as aplicações em tecnologia quântica são possibilitadas pela extensão dessa pesquisa da luz clássica à luz quântica. No final dos anos 50, o físico Philip W. Anderson (que também fez importantes contribuições para a física de partículas e supercondutividade) previu o que hoje é chamado de localização de Anderson. Por essa descoberta, ele recebeu o Prêmio Nobel de Física de 1977. Anderson mostrou teoricamente sob quais condições um elétron em um sistema desordenado pode se mover livremente através do sistema como um todo, ou ser preso a uma posição específica como um "elétron localizado". Este sistema desordenado pode ser, por exemplo, um semicondutor com impurezas. Ou seja, a teoria da localização de Anderson descreve como qualquer tipo de onda - seja ela composta de luz, som ou matéria - pode ficar "localizada", ou presa, travada, em um determinado local, por causa da desordem do meio de propagação. Mais tarde, a mesma abordagem teórica foi aplicada a uma variedade de sistemas desordenados, e deduziu-se que também a luz poderia experimentar a localização de Anderson. Experiências anteriores demonstraram a localização de Anderson em fibras ópticas, realizando o confinamento ou localização da luz -- luz clássica ou convencional -- em duas dimensões enquanto a propagava através da terceira dimensão. Embora esses experimentos tenham mostrado resultados bem-sucedidos com luz clássica, até agora ninguém havia testado esses sistemas com luz quântica - luz que consiste em estados quânticos correlacionados. Isto é, até recentemente. Em um estudo publicado na Communications Physics, os pesquisadores Alexander Demuth, Robing Camphausen, Alvaro Cuevas, liderados pelo Prof. Valerio Pruneri, conseguiram demonstrar com sucesso o transporte de estados quânticos de luz de dois fótons através de uma fibra óptica de localização de Anderson separada por fase. Ao contrário das fibras ópticas monomodo convencionais, onde os dados são transmitidos através de um único núcleo, uma (PSF) sigla em inglês para fibra separada por fase ou fibra de localização de Anderson separada por fase é feita de muitos fios de vidro embutidos em uma matriz de vidro de dois índices de refração diferentes. Durante sua fabricação, à medida que o vidro de borosilicato é aquecido e fundido, ele é transformado em uma fibra, onde uma das duas fases de diferentes índices de refração tende a formar fios de vidro alongados. Como existem dois índices de refração dentro do material, isso gera o que é conhecido como desordem lateral, que leva à localização de Anderson transversa (2D) da luz no material. Especialista em fabricação de fibra óptica, a Corning criou uma fibra óptica que pode propagar vários feixes ópticos em uma única fibra óptica aproveitando a localização de Anderson. Ao contrário dos feixes de fibra multicore, este PSF mostrou-se muito adequado para tais experimentos, uma vez que muitos feixes ópticos paralelos podem se propagar através da fibra com espaçamento mínimo entre eles. A equipe de cientistas, especialistas em comunicações quânticas, queria transportar informações quânticas da maneira mais eficiente possível por meio da fibra óptica de separação de fases da Corning. Em experimento, o PSF conecta um transmissor e um receptor. O transmissor é uma fonte de luz quântica. A fonte gera pares de fótons correlacionados quânticos via conversão descendente paramétrica espontânea ou (SPDC) em um cristal não linear, onde um fóton de alta energia é convertido em pares de fótons, cada um com menor energia. Os pares de fótons de baixa energia têm um comprimento de onda de 810 nm. Devido à conservação do momento, surge a anticorrelação espacial. O receptor é uma câmera de arranjo de diodo de avalanche de fóton único sigla (SPAD). A câmera de matriz SPAD, ao contrário das câmeras CMOS comuns, é tão sensível que pode detectar fótons individuais com ruído extremamente baixo; ele também tem resolução de tempo muito alta, de modo que o tempo de chegada dos fótons individuais é conhecido com alta precisão.

A humanidade pode não estar fisicamente de volta à Lua ainda, mas a economia lunar já está crescendo. Uma empresa de impressão 3D com sede em Austin chamada ICON acabou de conseguir uma infusão de dinheiro de 57,2 milhões da NASA para seu Projeto Olympus, um esforço da empresa espacial para criar abrigos lunares impressos em 3D. A ICON planeja ter suas cabanas lunares prontas para uso da NASA até 2026, assumindo que o cronograma da missão Artemis permaneça intacto. Se a Lua realmente se tornar um posto avançado humano, uma carcaça lunar durável e leve será essencial - uma realidade que o CEO da ICON, Jason Ballard, parece estar levando a sério. "Sentimos o peso e a responsabilidade - não estamos fazendo isso apenas por nós mesmos", disse Ballard, acrescentando que "estamos dando à humanidade a capacidade de construir em outros mundos". “A entrega final deste contrato será a primeira construção da humanidade em outro mundo”, acrescentou, “e isso será uma conquista muito especial”. Embora a ICON seja mais conhecida por seu trabalho de construção de estruturas terrestres, ela espera construir no espaço há algum tempo. O Projeto Olympus foi lançado pela primeira vez em 2020, e a empresa também parece estar de olho em um dia construir uma colônia em Marte impressa em 3D . É importante ressaltar que, em vez de trazer um monte de lixo terrestre para a superfície relativamente intocada da Lua, o objetivo da ICON é construir as habitações lunares a partir de materiais lunares reais - poeira lunar, rochas quebradas e similares. De acordo com Ballard, aprender a construir a partir do regolito natural da Lua garante a viabilidade da posse humana a longo prazo na Lua. (Afinal, não seria nada bom, se os mineradores lunares tivessem que receber uma carga útil da Terra toda vez que precisassem construir uma nova estrada.) “Se você tentasse planejar um assentamento lunar ou uma base lunar e tivesse que trazer tudo com você, toda vez que quisesse construir algo novo, custaria mais outros US$ 100 milhões”, disse Ballard. "Mas uma vez que você tem um sistema que pode construir quase tudo - plataformas de pouso, estradas, habitats - e usar material local, provavelmente é duas ou três ordens de magnitude mais barato para construir uma presença lunar permanente do que seria de outra maneira que possamos imaginar." #baselunar #impressao3d

Blazares são núcleos galácticos ativos com jatos de plasma magnetizado. A maior parte da luz desses objetos extremamente luminosos é produzida por partículas de alta energia. Embora se saiba que os jatos são alimentados por um buraco negro supermassivo, como essas partículas são aceleradas, as tais altas energias tem sido uma questão sem resposta. O IXPE sigla em inglês que significa Explorador de polarimetria de raios-X de imagem, uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, ajudou os astrônomos a chegar mais perto de uma resposta. “Este é um mistério de 40 anos que resolvemos. Finalmente tínhamos todas as peças do quebra-cabeça e a imagem que elas formavam era clara”, disse o Dr. Yannis Liodakis, astrônomo do Centro Finlandês de Astronomia. No estudo, o Dr. Liodakis e seus colegas usaram o IXPE para observar raios-X do Markarian 501, um blazar localizado a 483 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hércules. Eles assistiram ao blazar por três dias no início de março de 2022 e novamente duas semanas depois. Durante essas observações, eles também usaram outros telescópios espaciais e terrestres para coletar informações em uma ampla gama de comprimentos de onda de luz, incluindo rádio, óptico e raios-X. Enquanto outros estudos analisaram a polarização da luz de baixa energia dos blazares no passado, esta foi a primeira vez que os cientistas puderam obter essa perspectiva nos raios-X de um blazar, que são emitidos mais perto da fonte de aceleração das partículas. “Adicionar a polarização de raios-X ao nosso arsenal de rádio, infravermelho e polarização óptica é uma virada de jogo”, disse o Dr. Alan Marscher, astrônomo da Universidade de Boston. Os autores do estudo descobriram que a luz de raios-X é mais polarizada do que a óptica, que é mais polarizada do que o rádio. Mas a direção da luz polarizada era a mesma para todos os comprimentos de onda de luz observados e também estava alinhada com a direção do jato. Depois de comparar suas informações com modelos teóricos, eles perceberam que os dados correspondiam mais a um cenário em que uma onda de choque acelera as partículas do jato. Uma onda de choque é gerada quando algo se move mais rápido do que a velocidade do som do material circundante, como quando um jato supersônico voa na atmosfera da nossa Terra. “À medida que a onda de choque atravessa a região, o campo magnético fica mais forte e a energia das partículas aumenta. A energia vem da energia de movimento do material que produz a onda de choque”, disse o Dr. Marscher. “À medida que as partículas viajam para fora, elas emitem raios-X primeiro porque são extremamente energéticas.” “Movendo-se mais para fora, através da região turbulenta mais distante do local do choque, elas começam a perder energia, o que as leva a emitir luz menos energética, como ondas ópticas e depois ondas de rádio”. “Isso é análogo a como o fluxo de água se torna mais turbulento depois de encontrar uma cachoeira – mas aqui, os campos magnéticos criam essa turbulência”. #blazar #buraconegro

O experimento da dupla fenda é o mais famoso e provavelmente o mais importante experimento da física quântica: partículas individuais são lançadas contra uma parede com duas aberturas, atrás das quais um detector mede onde as partículas chegam. Isso mostra que as partículas não se movem ao longo de um caminho muito específico, como é conhecido dos objetos clássicos, mas ao longo de vários caminhos simultaneamente: cada partícula individual passa pela abertura esquerda e direita. Normalmente, no entanto, isso só pode ser comprovado realizando o experimento repetidamente e avaliando os resultados de muitas detecções de partículas no final. Uma equipe da Áustria e do Japão, conseguiram desenvolver uma nova variante de um experimento de interferência bidirecional que pode corrigir essa falha: um único nêutron é medido em uma posição específica - e devido à configuração de medição sofisticada, essa medição única já prova que a partícula se moveu ao longo de dois caminhos diferentes ao mesmo tempo. É ainda possível determinar a proporção em que o nêutron foi distribuído entre os dois caminhos. Assim, o fenômeno da superposição quântica pode ser comprovado sem a necessidade de recorrer a argumentos estatísticos. Os resultados foram publicados na revista "Physical Review Research". "No experimento clássico de fenda dupla, um padrão de interferência é criado atrás da fenda dupla", explica Stephan Sponar, do Instituto Atômico da Universidade tecnológica de Viena. "As partículas se movem como uma onda através de ambas as aberturas ao mesmo tempo, e as duas ondas parciais interferem uma na outra. Em alguns lugares elas se reforçam, em outros lugares elas se anulam." A probabilidade de medir a partícula atrás da fenda dupla em um local muito específico depende desse padrão de interferência: onde a onda quântica é amplificada, a probabilidade de medir a partícula é alta. Onde a onda quântica é cancelada, a probabilidade é baixa. Claro, esta distribuição de onda não pode ser vista olhando para uma única partícula. Somente quando o experimento é repetido muitas vezes é que o padrão de onda se torna cada vez mais reconhecível ponto por ponto e partícula por partícula. "Portanto, o comportamento de partículas individuais é explicado com base em resultados que só se tornam visíveis por meio da investigação estatística de muitas partículas", diz Holger Hofmann, da Universidade de Hiroshima, que desenvolveu a teoria por trás do experimento. "É claro que isso não é totalmente satisfatório. Portanto, consideramos como o fenômeno da interferência bidirecional pode ser comprovado com base na detecção de uma única partícula." Isso foi possível com a ajuda de nêutrons na fonte de nêutrons de ILL em Grenoble: os nêutrons são enviados para um cristal que divide a onda quântica do nêutron em duas ondas parciais, muito semelhante ao experimento clássico de dupla fenda. As duas ondas parciais de nêutrons se movem ao longo de dois caminhos diferentes e são recombinadas novamente. Eles interferem e são então medidos. Além disso, porém, outra propriedade do nêutron é explorada: seu spin - o momento angular da partícula. Pode ser influenciado por campos magnéticos, o momento angular do nêutron então aponta em uma direção diferente. Se o spin do nêutron for girado em apenas um dos dois caminhos, é possível determinar posteriormente qual caminho ele percorreu. No entanto, o padrão de interferência também desaparece, como consequência da complementaridade na mecânica quântica. "Portanto, giramos um pouco o spin do nêutron", explica Hartmut Lemmel, o primeiro autor da publicação atual. "Então o padrão de interferência permanece, porque você só pode obter muito pouca informação sobre o caminho. Para ainda obter informações precisas sobre o caminho, esta "fraca" medição é repetida muitas vezes em experimentos convencionais. No entanto, obtém-se apenas uma declaração estatística sobre todo o conjunto de nêutrons e pode-se dizer pouco sobre cada nêutron individual." A situação é diferente se, após a fusão das duas ondas parciais de nêutrons, outro campo magnético for usado para inverter o spin novamente. Por tentativa e erro, determina-se o ângulo de rotação necessário para transformar o giro do estado sobreposto de volta à direção original. A força dessa rotação é uma medida de quão fortemente o nêutron estava presente em cada caminho. Se tivesse percorrido apenas o caminho em que o spin foi girado, seria necessário o ângulo total de rotação para girá-lo de volta. Se tivesse tomado apenas o outro caminho, nenhuma rotação reversa seria necessária. No experimento realizado com um divisor de feixe assimétrico especial, foi demonstrado que os nêutrons estavam presentes a um terço em um caminho e a dois terços no outro.

Um estudo de algumas das estrelas mais antigas do Universo sugere que os blocos de construção de planetas como Júpiter e Saturno começam a se formar enquanto uma estrela jovem está crescendo. Pensava-se que os planetas só se formavam quando uma estrela atingia seu tamanho final, mas novos resultados, publicados na revista Nature Astronomy, sugerem que estrelas e planetas "crescem" juntos. A pesquisa, liderada pela Universidade de Cambridge, muda nossa compreensão de como os sistemas planetários, incluindo nosso próprio Sistema Solar, se formaram, potencialmente resolvendo um grande quebra-cabeça na astronomia. “Temos uma boa ideia de como os planetas se formam, mas uma questão pendente que tivemos é quando eles se formam: a formação do planeta começa cedo, quando a estrela-mãe ainda está crescendo ou milhões de anos depois?” disse a Dra. Amy Bonsor, do Instituto de Astronomia de Cambridge, a primeira autora do estudo. Para tentar responder a essa pergunta, Bonsor e seus colegas estudaram as atmosferas de estrelas anãs brancas - os antigos e fracos remanescentes de estrelas como o nosso Sol - para investigar os blocos de construção da formação do planeta. "Algumas anãs brancas são laboratórios incríveis, porque suas atmosferas finas são quase como cemitérios celestes", disse Bonsor. Normalmente, os interiores dos planetas estão fora do alcance dos telescópios. Mas uma classe especial de anãs brancas - conhecidas como sistemas "poluídos" - possuem elementos pesados ​​como magnésio, ferro e cálcio em suas atmosferas normalmente limpas. Esses elementos devem ter vindo de pequenos corpos como asteróides que sobraram da formação do planeta, que colidiram com as anãs brancas e queimaram em suas atmosferas. Como resultado, observações espectroscópicas de anãs brancas poluídas podem sondar o interior desses asteróides destruídos, dando aos astrônomos uma visão direta das condições em que se formaram. Acredita-se que a formação do planeta comece em um disco protoplanetário - feito principalmente de hidrogênio, hélio e minúsculas partículas de gelo e poeira - orbitando uma estrela jovem. De acordo com a atual teoria líder sobre como os planetas se formam, as partículas de poeira grudam umas nas outras, eventualmente formando corpos sólidos cada vez maiores. Alguns desses corpos maiores continuarão a se acumular, tornando-se planetas, e alguns permanecerão como asteróides, como aqueles que colidiram com as anãs brancas no estudo atual. Os pesquisadores analisaram observações espectroscópicas das atmosferas de 200 anãs brancas poluídas de galáxias próximas. De acordo com sua análise, a mistura de elementos observada nas atmosferas dessas anãs brancas só pode ser explicada se muitos dos asteróides originais já tivessem derretido, o que fez com que o ferro pesado afundasse no núcleo enquanto os elementos mais leves flutuassem na superfície. Esse processo, conhecido como diferenciação, é o que fez com que a Terra tivesse um núcleo rico em ferro. "A causa do derretimento só pode ser atribuída a elementos radioativos de vida muito curta, que existiam nos primeiros estágios do sistema planetário, mas decaíram em apenas um milhão de anos", disse Bonsor. "Em outras palavras, se esses asteróides foram derretidos por algo que existe apenas por um breve período de tempo no início do sistema planetário, então o processo de formação do planeta deve começar muito rapidamente." O estudo sugere que a imagem da formação inicial provavelmente está correta, o que significa que Júpiter e Saturno tiveram muito tempo para crescer até seus tamanhos atuais. “Nosso estudo complementa um consenso crescente no campo de que a formação de planetas começa cedo, com os primeiros corpos se formando simultaneamente com a estrela”, disse Bonsor. "As análises de anãs brancas poluídas nos dizem que esse processo de fusão radioativa é um mecanismo potencialmente onipresente que afeta a formação de todos os planetas extrasolares. "Este é apenas o começo - toda vez que encontramos uma nova anã branca, podemos reunir mais evidências e aprender mais sobre como os planetas se formam. Podemos rastrear elementos como níquel e cromo e dizer o tamanho de um asteroide quando formou seu núcleo de ferro. É incrível que sejamos capazes de sondar processos como este em sistemas exoplanetários." #anãbranca

Os físicos criaram o primeiro condensado de Bose-Einstein ou BEC (sigla em inglês), o misterioso “quinto estado” da matéria, feito de quasipartículas, entidades que não contam como partículas elementares, mas que ainda podem ter propriedades de partículas elementares como carga e rotação. Durante décadas, não se sabia se eles poderiam sofrer condensação de Bose-Einstein da mesma forma que as partículas reais, e agora parece que podem. A descoberta deve ter um impacto significativo no desenvolvimento de tecnologias quânticas, incluindo a computação quântica. Um artigo descrevendo o processo de criação da substância, alcançado em temperaturas a um fio de cabelo do zero absoluto, foi publicado na revista Nature Communications. Os BECs às vezes são descritos como o quinto estado da matéria, ao lado de sólidos, líquidos, gases e plasmas. Teoricamente previstos no início do século 20, os BECs, só foram criados em laboratório em 1995. Eles também são talvez o estado mais estranho da matéria, com muito sobre eles permanecendo desconhecidos para a ciência. BECs ocorrem quando um grupo de átomos é resfriado a bilionésimos de grau acima do zero absoluto. Os pesquisadores geralmente usam lasers e “armadilhas magnéticas” para reduzir constantemente a temperatura de um gás, normalmente composto por átomos de rubídio. Nessa temperatura ultrafria, os átomos mal se movem e começam a exibir um comportamento muito estranho. Eles experimentam o mesmo estado quântico – quase como fótons coerentes em um laser – e começam a se agrupar, ocupando o mesmo volume de um “superátomo” indistinguível. A coleção de átomos se comporta essencialmente como uma única partícula. Atualmente, os BECs continuam sendo objeto de muitas pesquisas básicas e para simular sistemas de matéria condensada, mas, em princípio, têm aplicações no processamento de informações quânticas. A computação quântica, ainda em estágios iniciais de desenvolvimento, faz uso de vários sistemas diferentes. Mas todos eles dependem de bits quânticos, ou qubits, que estão no mesmo estado quântico. A maioria dos BECs são fabricados a partir de gases diluídos de átomos comuns. Mas até agora, um BEC feito de átomos exóticos nunca foi alcançado. Átomos exóticos são átomos nos quais uma partícula subatômica, como um elétron ou um próton, é substituída por outra partícula subatômica com a mesma carga. O positrônio, por exemplo, é um átomo exótico feito de um elétron e sua antipartícula carregada positivamente, um pósitron. Um “exciton” é outro exemplo. Quando a luz atinge um semicondutor, a energia é suficiente para “excitar” os elétrons a saltar do nível de valência de um átomo para o nível de condução. Esses elétrons excitados então fluem livremente em uma corrente elétrica – em essência, transformando a energia da luz em energia elétrica. Quando o elétron carregado negativamente realiza esse salto, o espaço deixado para trás, ou “lacuna”, pode ser tratado como se fosse uma partícula carregada positivamente. O elétron negativo e a lacuna positivo são atraídos e, portanto, ligados. Combinado, esse par elétron-lacuna é uma “quasipartícula” eletricamente neutra chamada éxciton. Uma quasipartícula é uma entidade semelhante a partículas que não conta como uma das 17 partículas elementares do modelo padrão da física de partículas, mas que ainda pode ter propriedades de partículas elementares como carga e rotação. A quasipartícula do éxciton também pode ser descrita como um átomo exótico porque é na verdade um átomo de hidrogênio que teve seu único próton positivo substituído por uma única lacuna positiva. Os excitons vêm em dois sabores: ortoexcitons, no qual o spin do elétron é paralelo ao spin da sua lacuna e paraexcitons, no qual o spin do elétron é antiparalelo ou seja paralelo, mas na direção oposta a sua lacuna. Sistemas elétron-lacunas têm sido usados ​​para criar outras fases da matéria, como plasma elétron-lacuna e até mesmo gotículas líquidas de exciton. Os pesquisadores queriam ver se poderiam fazer um BEC de excitons. “A observação direta de um condensado de éxciton em um semicondutor tridimensional tem sido muito procurada desde que foi proposta teoricamente em 1962. Ninguém sabia se as quasipartículas poderiam sofrer condensação de Bose-Einstein da mesma forma que as partículas reais”, disse Makoto Kuwata Gonokami, físico da Universidade de Tóquio e coautor do artigo. “É uma espécie de santo graal da física de baixa temperatura.” Os pesquisadores pensaram que paraexcitons semelhantes ao hidrogênio criados em óxido cuproso, um composto de cobre e oxigênio, eram um dos candidatos mais promissores para a fabricação de BECs de éxciton em um semicondutor a granel devido à sua longa vida útil. Tentativas de criar BEC de paraexcitons em temperaturas de hélio líquido foram feitas na década de 1990, mas falharam porque, para criar um BEC de excitons, requer temperaturas muito mais baixas. #boseeinstein

Pesquisadores da Dinamarca e Suécia, alcançaram velocidades vertiginosas de transmissão de dados e são os primeiros no mundo a transmitir mais de 1 petabit por segundo usando apenas um único laser e um único chip óptico. 1 petabit corresponde a 1 milhão de gigabits. No experimento, os pesquisadores conseguiram transmitir 1,8 Petabits por segundo, o que corresponde ao dobro do tráfego global da Internet. E transportado apenas pela luz de uma fonte óptica. A fonte de luz é um chip óptico personalizado, que pode usar a luz de um único laser infravermelho para criar um espectro de arco-íris de muitas cores, ou seja, muitas frequências. Assim, uma frequência ou cor de um único laser pode ser multiplicada em centenas de frequências em um único chip. Todas as cores são fixadas a uma distância de frequência específica umas das outras - assim como os dentes de um pente - e é por isso que é chamado de pente de frequência. Cada cor (ou frequência) pode então ser isolada e usada para imprimir dados. As frequências podem então ser reagrupadas e enviadas por uma fibra óptica, transmitindo assim os dados. Mesmo um enorme volume de dados, como os pesquisadores descobriram. O experimento mostrou que um único chip poderia facilmente transportar 1,8 Petabits por segundo, o que com equipamentos comerciais de última geração, exigiria mais de 1.000 lasers. "O que é especial sobre este chip é que ele produz um pente de frequência com características ideais para comunicações de fibra óptica - tem alta potência óptica e cobre uma ampla largura de banda dentro da região espectral que é interessante para comunicações ópticas avançadas", diz Victor Torres Company, líder da pesquisa. Curiosamente, o chip não foi otimizado para esta aplicação específica. "Na verdade, alguns dos parâmetros característicos foram alcançados por coincidência e não por projeto", diz Victor. "No entanto, com os esforços da minha equipe, agora somos capazes de fazer engenharia reversa do processo e obter micropentes de alta reprodutibilidade para aplicações específicas em telecomunicações." Além disso, os pesquisadores criaram um modelo computacional para examinar teoricamente o potencial fundamental da transmissão de dados com um único chip idêntico ao usado no experimento. Os cálculos mostraram um enorme potencial para escalar a solução. "Nossos cálculos mostram que - com um único chip e um único laser - poderemos transmitir até 100 Petabits por segundo. A razão para isso é que nossa solução é escalável - tanto em termos de criar muitas frequências, e em termos de dividir o pente de frequência em muitas cópias espaciais, e depois amplificá-las opticamente, usando-as como fontes paralelas, com as quais podemos transmitir dados. Embora as cópias em pente devam ser amplificadas, não perdemos as qualidades, que utilizamos para transmissão de dados espectralmente eficiente." Embalar luz com dados é conhecido como modulação. Aqui, as propriedades de onda da luz são utilizadas, tais como: Amplitude, (a altura ou força das ondas). Fase, (o "ritmo" das ondas, onde é possível fazer um deslocamento para que uma onda chegue um pouco antes ou um pouco depois do esperado). Polarização, (as direções em que as ondas se espalham). Ao alterar essas propriedades, você cria sinais. Os sinais podem ser traduzidos em uns ou zeros - e, portanto, utilizados como sinais de dados. A solução dos pesquisadores é um bom presságio para o futuro consumo de energia da Internet. "Em outras palavras, nossa solução oferece um potencial para substituir centenas de milhares de lasers localizados em hubs de Internet e data centers, que consomem energia e geram calor. Temos a oportunidade de contribuir para alcançar uma Internet que deixe um clima de menor pegada", diz Leif Katsuo Oxenlowe, membro da equipe. Embora os pesquisadores tenham quebrado a barreira do petabit para uma única fonte de laser e um único chip em sua demonstração, ainda há algum trabalho de desenvolvimento pela frente antes que a solução possa ser implementada em nossos sistemas de comunicação atuais. "Em todo o mundo, está sendo feito um trabalho para integrar a fonte de laser no chip óptico, e estamos trabalhando nisso também. Quanto mais componentes pudermos integrar no chip, mais eficiente será todo o transmissor, ou seja, laser, chip de criação de pentes, moduladores de dados e quaisquer elementos amplificadores. Será um transmissor óptico de sinais de dados extremamente eficiente". #chipfotônico #chipóptico #fibraótica

Em Star Trek, os Borg são um coletivo implacável e de mente coletiva que assimila outros seres com a intenção de dominar a galáxia. Aqui no planeta não-ficcional Terra, Borgs são pacotes de DNA que podem ajudar os humanos a combater as mudanças climáticas. No ano passado, uma equipe liderada por Jill Banfield descobriu estruturas de DNA dentro de um micróbio consumidor de metano chamado Methanoperedens que parecem sobrecarregar a taxa metabólica do organismo. Eles chamaram os elementos genéticos de “Borgs” porque o DNA dentro deles contém genes assimilados de muitos organismos. Em um estudo publicado hoje na Nature , os pesquisadores descrevem a curiosa coleção de genes dentro de Borgs e começam a investigar o papel que esses pacotes de DNA desempenham em processos ambientais, como a ciclagem de carbono. Os metanoperedens são um tipo de arqueas (organismos unicelulares que se assemelham a bactérias, mas representam um ramo distinto da vida) que decompõem o metano nos solos, águas subterrâneas e na atmosfera para apoiar o metabolismo celular. Metanoperedense outros micróbios consumidores de metano vivem em diversos ecossistemas ao redor do mundo, mas acredita-se que sejam menos comuns do que micróbios que usam fotossíntese, oxigênio ou fermentação para obter energia. No entanto, eles desempenham um papel descomunal nos processos do sistema terrestre, removendo o metano – o gás de efeito estufa mais potente – da atmosfera. O metano retém 30 vezes mais calor do que o dióxido de carbono e estima-se que seja responsável por cerca de 30% do aquecimento global causado pelo homem. O gás é emitido naturalmente por processos geológicos e por arqueas geradoras de metano; no entanto, os processos industriais estão liberando metano armazenado de volta à atmosfera em quantidades preocupantes. Banfield, é professora na Universidade de Berkeley, estuda como as atividades microbianas moldam os processos ambientais em larga escala e como, as flutuações ambientais alteraram os microbiomas do planeta. Como parte desse trabalho, ela e seus colegas coletam amostras regularmente de micróbios em diferentes habitats para ver quais genes interessantes os micróbios estão usando para sobreviver e como esses genes podem afetar os ciclos globais de elementos-chave, como carbono, nitrogênio e enxofre. A equipe analisa os genomas dentro das células, bem como os pacotes portáteis de DNA conhecidos como elementos extracromossômicos, ou ECE sigla em inglês, são responsáveis por transferirem genes entre bactérias, arqueas e vírus. Enquanto estudavam Metanoperedens amostrados do solo sazonal de piscinas úmidas na Califórnia, os cientistas encontraram evidências de um tipo totalmente novo de ECE. Ao contrário das fitas circulares de DNA que compõem a maioria dos plasmídeos, o tipo mais conhecido de elemento extracromossômico, os novos ECEs são lineares e muito longos – até um terço do comprimento de todo o genoma de Methanoperedens. Depois de analisar amostras adicionais de solo subterrâneo, aquíferos e leitos de rios na Califórnia e no Colorado que contêm arqueas consumidoras de metano, a equipe descobriu um total de 19 ECEs distintos que apelidaram de Borgs. Usando ferramentas avançadas de análise do genoma, os cientistas determinaram que muitas das sequências dentro dos Borgs são semelhantes aos genes metabolizadores de metano dentro dos Methanoperedens. Alguns dos Borgs até codificam toda a maquinaria celular necessária para comer metano por conta própria, desde que estejam dentro de uma célula que possa expressar os genes. “Imagine uma única célula que tenha a capacidade de consumir metano. Agora você adiciona elementos genéticos dentro dessa célula que podem consumir metano em paralelo e também adiciona elementos genéticos que dão à célula maior capacidade. Basicamente, cria uma condição para o consumo de metano em esteróides, se você preferir”, explicou o coautor Kenneth Williams, cientista sênior e colega de Banfield na Área de Ciências da Terra e Ambientais do Berkeley Lab. Banfield e seus colegas, levantam a hipótese de que os Borgs podem ser fragmentos residuais de micróbios inteiros que foram engolidos por Methanoperedens para ajudar no metabolismo, semelhante a como as células vegetais aproveitadas anteriormente livres - micróbios fotossintéticos vivos para ganhar o que agora chamamos de cloroplastos, e como uma antiga célula eucariótica consumiu os ancestrais das mitocôndrias de hoje. Com base nas semelhanças nas sequências, a célula engolida pode ter sido um parente de Methanoperedens , mas a diversidade geral de genes encontrados nos Borgs indica que esses pacotes de DNA foram assimilados de uma ampla gama de organismos. Não importa a origem, está claro que os Borgs existem ao lado dessas archaea, transportando genes de um lado para o outro, há muito tempo.

Usando inteligência artificial, os físicos comprimiram um problema quântico assustador que até agora exigia 100.000 equações em uma tarefa de apenas quatro equações – tudo sem sacrificar a precisão. O trabalho, pode revolucionar a forma como os cientistas investigam sistemas contendo muitos elétrons em interação. Além disso, se escalável para outros problemas, a abordagem poderia ajudar no projeto de materiais com propriedades procuradas, como supercondutividade ou utilidade para geração de energia limpa. “Começamos com esse enorme objeto de todas essas equações diferenciais acopladas; então estamos usando o aprendizado de máquina para transformá-lo em algo tão pequeno que você pode contar nos dedos”, diz o principal autor do estudo, Domenico Di Sante, professor assistente da Universidade de Bolonha, na Itália. O problema formidável diz respeito a como os elétrons se comportam enquanto se movem em uma rede semelhante a uma grade. Quando dois elétrons ocupam o mesmo lugar da rede, eles interagem. Essa configuração, conhecida como modelo de Hubbard, é uma idealização de várias classes importantes de materiais e permite que os cientistas aprendam como o comportamento dos elétrons dá origem a fases da matéria, como a supercondutividade, na qual os elétrons fluem através de um material sem resistência. O modelo também serve como campo de testes para novos métodos antes de serem lançados em sistemas quânticos mais complexos. O modelo Hubbard é enganosamente simples, no entanto. Mesmo para um número modesto de elétrons e abordagens computacionais de ponta, o problema requer um poder computacional sério. Isso porque, quando os elétrons interagem, seus destinos podem se tornar emaranhados mecanicamente quânticos: mesmo quando estão distantes em diferentes locais da rede, os dois elétrons não podem ser tratados individualmente, então os físicos devem lidar com todos os elétrons de uma só vez, em vez de um de cada vez. Com mais elétrons, mais emaranhados surgem, tornando o desafio computacional exponencialmente mais difícil. Uma maneira de estudar um sistema quântico é usando o que é chamado de grupo de renormalização. Esse é um aparato matemático que os físicos usam para observar como o comportamento de um sistema – como o modelo de Hubbard – muda quando os cientistas modificam propriedades como temperatura ou observam as propriedades em diferentes escalas. Infelizmente, um grupo de renormalização que acompanha todos os acoplamentos possíveis entre elétrons e não sacrifica nada pode conter dezenas de milhares, centenas de milhares ou mesmo milhões de equações individuais que precisam ser resolvidas. Além disso, as equações são complicadas: cada uma representa um par de elétrons interagindo. Di Sante e seus colegas se perguntaram se poderiam usar uma ferramenta de aprendizado de máquina conhecida como rede neural para tornar o grupo de renormalização mais gerenciável. A rede neural é como um cruzamento entre um operador de mesa frenético e a evolução da sobrevivência do mais apto. Primeiro, o programa de aprendizado de máquina cria conexões dentro do grupo de renormalização em tamanho real. A rede neural então ajusta os pontos fortes dessas conexões até encontrar um pequeno conjunto de equações que gera a mesma solução que o grupo de renormalização de tamanho jumbo original. A saída do programa capturou a física do modelo Hubbard mesmo com apenas quatro equações. "É essencialmente uma máquina que tem o poder de descobrir padrões ocultos", diz Di Sante. "Quando vimos o resultado, dissemos: 'Uau, isso é mais do que esperávamos.' Fomos realmente capazes de capturar a física relevante." Treinar o programa de aprendizado de máquina exigia muito esforço computacional, e o programa rodou durante semanas inteiras. A boa notícia, diz Di Sante, é que agora que eles têm seu programa treinado, eles podem adaptá-lo para trabalhar em outros problemas sem ter que começar do zero. Ele e seus colaboradores também estão investigando o que o aprendizado de máquina está realmente “aprendendo” sobre o sistema, o que pode fornecer informações adicionais que, de outra forma, seriam difíceis de decifrar para os físicos. Em última análise, a maior questão em aberto é quão bem a nova abordagem funciona em sistemas quânticos mais complexos, como materiais nos quais os elétrons interagem a longas distâncias. Além disso, há possibilidades interessantes de usar a técnica em outros campos que lidam com grupos de renormalização, como cosmologia e neurociência. #inteligenciaartificial #redeneural

"Achamos que estamos olhando para uma bolha quente de gás girando em torno de Sagitário A* em uma órbita semelhante em tamanho à do planeta Mercúrio, mas fazendo um loop completo em apenas cerca de 70 minutos. Isso requer uma velocidade alucinante de cerca de 30% da velocidade da luz!" diz Maciek Wielgus do Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, Alemanha, que liderou o estudo. As observações foram feitas com o radiotelescópio ALMA, nos Andes chilenos, durante uma campanha da Colaboração do Event Horizon Telescope sigla EHT, para capturar imagens de buracos negros. Em abril de 2017, o EHT conectou oito radiotelescópios existentes em todo o mundo, incluindo o ALMA, resultando na primeira imagem lançada recentemente de Sagitário A*. Para calibrar os dados do EHT, Wielgus e seus colegas, usaram dados do ALMA registrados simultaneamente com as observações do EHT de Sagitário A*. Para surpresa da equipe, havia mais pistas sobre a natureza do buraco negro escondido nas medições apenas do ALMA. Por acaso, algumas das observações foram feitas logo após uma explosão ou explosão de energia de raios-X ser emitida do centro de nossa galáxia, que foi detectada pelo Telescópio Espacial Chandra da NASA. Acredita-se que esses tipos de erupções, observados anteriormente com telescópios de raios-X e infravermelhos, estejam associados aos chamados 'pontos quentes', bolhas de gás quente que orbitam muito rápido e perto do buraco negro. "O que é realmente novo e interessante é que tais erupções só estavam claramente presentes até agora em observações de raios-X e infravermelhos de Sagitário A*. Aqui vemos pela primeira vez uma forte indicação de que pontos quentes em órbita também estão presentes em observações de rádio ", diz Wielgus. "Talvez esses pontos quentes detectados em comprimentos de onda infravermelhos sejam uma manifestação do mesmo fenômeno físico: à medida que os pontos quentes emissores de infravermelho esfriam, eles se tornam visíveis em comprimentos de onda mais longos, como os observados pelo ALMA e pelo EHT." As erupções foram pensadas por muito tempo para se originar de interações magnéticas no gás muito quente que orbita muito perto de Sagitário A*, e as novas descobertas apoiam essa ideia. "Agora encontramos fortes evidências de uma origem magnética dessas erupções e nossas observações nos dão uma pista sobre a geometria do processo. Os novos dados são extremamente úteis para construir uma interpretação teórica desses eventos", diz a coautora Monika cibrodzka. As observações confirmam algumas das descobertas anteriores feitas pelo instrumento GRAVITY no Very Large Telescope, que observa no infravermelho. Os dados do GRAVITY e do ALMA sugerem que a erupção se origina em um aglomerado de gás girando em torno do buraco negro a cerca de 30% da velocidade da luz no sentido horário no céu, com a órbita do ponto quente quase de frente. “No futuro, devemos ser capazes de rastrear pontos quentes em frequências usando observações coordenadas de vários comprimentos de onda com o GRAVITY e o ALMA – o sucesso de tal empreendimento seria um verdadeiro marco para nossa compreensão da física das erupções no centro galáctico”. #sagitárioa* #buraconegro #rádiotelescópio

No início de sua história, logo após o Big Bang, o universo foi preenchido com quantidades iguais de matéria e “antimatéria” – partículas que são contrapartes da matéria, mas com cargas opostas. Mas então, à medida que o espaço se expandia, o universo esfriava. O universo de hoje está cheio de galáxias e estrelas que são feitas de matéria. Para onde foi a antimatéria e como a matéria passou a dominar o universo? Essa origem cósmica da matéria continua intrigando os cientistas. Físicos da Universidade da Califórnia, Riverside e da Universidade Tsinghua, na China, agora abriram um novo caminho para investigar a origem cósmica da matéria invocando o “ colisor cosmológico ”. Colisores de alta energia, como o Grande Colisor de Hádrons, foram construídos para produzir partículas elementares subatômicas muito pesadas que podem revelar uma nova física. Mas algumas novas físicas, como a que explica a matéria escura e a origem da matéria, podem envolver partículas muito mais pesadas, exigindo energia muito mais alta do que um colisor feito pelo homem pode fornecer. Acontece que o cosmos primitivo poderia ter servido como um super colisor. Yanou Cui , professora associada de física e astronomia da Universidade da Califórnia, explicou que acredita-se amplamente que a inflação cósmica, uma era em que o universo se expandiu a uma taxa exponencialmente acelerada, precedeu o Big Bang. “A inflação cósmica proporcionou um ambiente altamente energético, permitindo a produção de novas partículas pesadas, bem como suas interações”, disse Cui. “O universo inflacionário se comportou como um colisor cosmológico, exceto que a energia era até 10 bilhões de vezes maior do que qualquer colisor feito pelo homem.” De acordo com Cui, estruturas microscópicas criadas por eventos energéticos durante a inflação foram esticadas à medida que o universo se expandiu, resultando em regiões de densidade variável em um universo homogêneo. Posteriormente, essas estruturas microscópicas semearam a estrutura em grande escala do nosso universo, manifestada hoje como a distribuição de galáxias pelo céu. Cui explicou que a nova física de partículas subatômicas pode ser revelada estudando a impressão do colisor cosmológico no conteúdo do cosmos hoje, como galáxias e o fundo cósmico de micro-ondas. Cui e Zhong-Zhi Xianyu, professor assistente de física na Universidade de Tsinghua, relatam na revista Physical Review Letters que, aplicando a física do colisor cosmológico e usando dados de precisão para medir a estrutura do nosso universo de experimentos futuros, como o SPHEREx (telescópio espacial previsto para ser lançado até 2025) e tomografia com linha de 21 cm, o mistério da origem cósmica da matéria pode ser desvendado. “O fato de nosso universo atual ser dominado pela matéria permanece entre os mistérios mais desconcertantes e de longa data da física moderna”, disse Cui. “Um sutil desequilíbrio ou assimetria entre matéria e antimatéria no universo primitivo é necessário para alcançar o domínio da matéria de hoje, mas não pode ser realizado dentro da estrutura conhecida da física fundamental.” Cui e Xianyu propõem testar a leptogênese, um mecanismo bem conhecido que explica a origem da assimetria do bárion – gás visível e estrelas – em nosso universo. Se o universo tivesse começado com quantidades iguais de matéria e antimatéria, eles teriam se aniquilado em radiação de fótons, sem deixar nada. Como a matéria excede em muito a antimatéria hoje, a assimetria é necessária para explicar o desequilíbrio. “A leptogênese está entre os mecanismos mais convincentes que geram a assimetria matéria-antimatéria”, disse Cui. “Envolve uma nova partícula fundamental, o neutrino destro. Durante muito tempo pensou-se, no entanto, que testar a leptogênese é quase impossível porque a massa do neutrino destro é tipicamente muitas ordens de magnitude além do alcance do colisor de maior energia já construído, o Grande Colisor de Hádrons”. O novo trabalho propõe testar a leptogênese decodificando as propriedades estatísticas detalhadas da distribuição espacial de objetos na estrutura cósmica observada hoje, reminiscente da física microscópica durante a inflação cósmica. O efeito do colisor cosmológico, argumentam os pesquisadores, permite a produção do neutrino destro superpesado durante a época inflacionária. “Especificamente, demonstramos que as condições essenciais para a geração de assimetria, incluindo as interações e massas do neutrino destro, que é o jogador-chave aqui, podem deixar impressões digitais distintas nas estatísticas da distribuição espacial das galáxias ou fundo cósmico de microondas e pode ser medido com precisão”. “As observações astrofísicas previstas para os próximos anos podem potencialmente detectar tais sinais e desvendar a origem cósmica da matéria.” #leptogênese #colisorcósmico

Tomás Santiago-Cruz e Maria Chekhova do Instituto Max Planck, usaram com sucesso metasuperfícies ressonantes para criar pares de fótons em várias frequências diferentes. Um fóton é a quantidade mínima envolvida em uma interação da luz. Os fótons são essenciais para vários campos de pesquisa e tecnologias contemporâneas, incluindo a engenharia de estado quântico, que por sua vez representa a pedra angular de todas as tecnologias fotônicas quânticas. Com a ajuda da fotônica quântica, engenheiros e cientistas estão trabalhando para criar novas tecnologias, como novos tipos de supercomputadores e novas formas de criptografia para canais de comunicação altamente seguros. A criação de pares de fótons é um dos principais requisitos para a engenharia de estado quântico. Isso tem sido tradicionalmente alcançado através do uso de um dos dois efeitos não lineares, conversão descendente paramétrica espontânea ou mistura espontânea de quatro ondas, em elementos ópticos em massa. Os efeitos não lineares fazem com que um ou dois feixes de fótons decaiam espontaneamente em um par de fótons. Esses efeitos, no entanto, requerem uma estrita conservação de momento para os fótons envolvidos. Qualquer material pelo qual os fótons tenham que viajar tem propriedades de dispersão, impedindo a conservação do momento. Existem técnicas que ainda atingem a conservação necessária, mas limitam severamente a versatilidade dos estados em que os pares de fótons podem ser produzidos. Como consequência, embora elementos ópticos tradicionais, como cristais não lineares e guias de onda, tenham produzido com sucesso muitos estados quânticos fotônicos, seu uso é limitado e complicado. Portanto, os pesquisadores recentemente concentraram sua atenção nas chamadas metasuperfícies ópticas. As metasuperfícies são dispositivos ópticos planos ultrafinos compostos por matrizes de nanoressonadores. Sua espessura de subcomprimento de onda de algumas centenas de nanômetros, efetivamente os torna bidimensionais. Isso os torna muito mais fáceis de manusear do que os dispositivos ópticos volumosos tradicionais. Ainda mais importante, devido à menor espessura, a conservação do momento dos fótons é relaxada porque os fótons precisam percorrer muito menos material do que com os dispositivos ópticos tradicionais: de acordo com o princípio da incerteza, o confinamento no espaço leva a um momento indefinido. Isso permite que vários processos não lineares e quânticos aconteçam com eficiências comparáveis ​​e abre a porta para o uso de muitos novos materiais que não funcionariam em elementos ópticos tradicionais. Por esse motivo, e também por serem compactos e mais práticos de manusear do que elementos ópticos volumosos, as metasuperfícies estão entrando em foco como fontes de pares de fótons para experimentos quânticos. Além disso, metasuperfícies podem transformar fótons simultaneamente em vários graus de liberdade, como polarização, frequência e caminho. Fótons de um determinado comprimento de onda podem ser emparelhados com fótons em dois ou mais comprimentos de onda diferentes simultaneamente. Desta forma, pode-se criar várias ligações entre fótons de cores diferentes. Além disso, as ressonâncias da metasuperfície aumentam a taxa de emissão de fótons em várias ordens de grandeza em comparação com fontes uniformes da mesma espessura. Tomás Santiago-Cruz acredita que as metasuperfícies desempenharão um papel fundamental na futura pesquisa quântica: “As metasuperfícies estão levando a uma mudança de paradigma na óptica quântica, combinando fontes ultrapequenas de luz quântica com possibilidades de longo alcance para engenharia de estado quântico”. #metasuperfícies

Uma criança que viveu na ilha indonésia de Bornéu, cerca de 31.000 anos atrás, foi submetida à operação cirúrgica mais antiga conhecida, uma amputação da perna esquerda, dizem os pesquisadores da Universidade de Griffith, na Austália. Um ou mais caçadores-coletores que realizaram a operação, possuíam conhecimento detalhado da anatomia humana, e considerável habilidade técnica, permitindo que o jovem evitasse a perda fatal de sangue e infecção. O osso curado onde a perna foi amputada, indica que o jovem sobreviveu por pelo menos seis a nove anos após a cirurgia, antes de morrer aos 19 ou 20 anos. Como não há evidências de esmagamento por acidente ou mordida de animal no local da amputação, os pesquisadores suspeitam que um problema médico não identificado levou à operação. A equipe escavou os restos deste indivíduo em 2020, de um túmulo dentro de uma grande caverna de três câmaras. A datação por radiocarbono, de pedaços de madeira queimados logo abaixo da sepultura, juntamente com outra técnica de datação, em um dente do maxilar inferior do jovem, permitiu que os pesquisadores estimassem quando a cirurgia ocorreu. Até agora, a amputação mais antiga conhecida, envolvia um agricultor da França, cujo antebraço esquerdo foi removido cirurgicamente há quase 7.000 anos . No norte da África, as cirurgias para criar aberturas no crânio podem ter ocorrido há 13.000 anos. Diante de infecções em feridas numa região tropical, os povos antigos de Bornéu desenvolveram tratamentos anti-sépticos de plantas locais, sugerem os pesquisadores. Não se sabe que tipo de ferramenta foi usada na operação da Idade da Pedra ou se o paciente foi sedado com uma mistura à base de plantas.

As condições no interior de planetas gigantes gelados como Netuno e Urano são extremas: as temperaturas chegam a vários milhares de graus Celsius e a pressão é milhões de vezes maior do que na atmosfera da Terra. No entanto, estados como esses podem ser simulados brevemente no laboratório: poderosos flashes de laser atingem uma amostra de material semelhante a um filme, aquecem-na a 6.000 graus Celsius por um piscar de olhos e geram uma onda de choque que comprime o material por alguns nanossegundos a um milhão de vezes a pressão atmosférica. "Até agora, usávamos filmes de hidrocarbonetos para esse tipo de experimento. E descobrimos que essa pressão extrema produzia pequenos diamantes, conhecidos como nanodiamantes." Explica Dominik Kraus, físico e professor da Universidade de Rostock. No entanto, usando esses filmes, foi apenas parcialmente possível simular o interior dos planetas – porque os gigantes de gelo não apenas contêm carbono e hidrogênio, mas também grandes quantidades de oxigênio. Ao procurar um material adequado para o filme, o grupo encontrou uma substância cotidiana: o PET, a resina da qual são feitas as garrafas plásticas comuns. “O PET tem um bom equilíbrio entre carbono, hidrogênio e oxigênio para simular a atividade em planetas de gelo”, explica Kraus. A equipe conduziu seus experimentos no Laboratório Nacional de Aceleração, na Califórnia, onde está localizado um poderoso laser de raios-X baseado em acelerador. Eles o usaram para analisar o que acontece quando flashes intensos de laser atingem um filme PET. "O efeito do oxigênio foi acelerar a divisão do carbono e do hidrogênio e, assim, estimular a formação de nanodiamantes". "Isso significa que os átomos de carbono podem se combinar mais facilmente e formar diamantes." O que apóia ainda mais a suposição de que literalmente chove diamantes dentro dos gigantes de gelo. As descobertas provavelmente não são relevantes apenas para Urano e Netuno, mas também para inúmeros outros planetas em nossa galáxia. Embora esses gigantes de gelo costumavam ser considerados raridades, agora parece claro que eles são provavelmente a forma mais comum de planeta fora do sistema solar. A equipe também encontrou pistas de outro tipo: em combinação com os diamantes, a água deve ser produzida – mas em uma variante incomum. A chamada água superiônica. "Os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina na qual os núcleos de hidrogênio se movem livremente." Como os núcleos são eletricamente carregados, a água superiônica pode conduzir corrente elétrica e, assim, ajudar a criar o campo magnético dos gigantes do gelo. Em seus experimentos, porém, o grupo de pesquisa ainda não conseguiu provar inequivocamente a existência de água superiônica na mistura com diamantes. Isso está planejado para acontecer em estreita colaboração com a Universidade de Rostock no XFEL europeu em Hamburgo, o laser de raios-X mais poderoso do mundo. Além desse conhecimento bastante fundamental, o novo experimento também abre perspectivas para uma aplicação técnica: a produção sob medida de diamantes nanométricos, que já estão incluídos em abrasivos e agentes de polimento. No futuro, eles devem ser usados ​​como sensores quânticos altamente sensíveis, agentes de contraste médicos e aceleradores de reação eficientes, por exemplo, para dividir o CO2. "Até agora, diamantes desse tipo foram produzidos principalmente por explosivos detonantes", explica Kraus. "Com a ajuda de flashes de laser, eles poderiam ser fabricados de forma muito mais limpa no futuro." Um laser de alto desempenho dispara dez flashes por segundo em um filme PET que é iluminado pelo feixe em intervalos de um décimo de segundo. Os nanodiamantes assim criados saem do filme e pousam em um tanque coletor cheio de água. Lá eles são desacelerados e podem ser filtrados e efetivamente colhidos. A vantagem essencial deste método em contraste com a produção por explosivos é que "os nanodiamantes podem ser cortados sob medida em relação ao tamanho ou até mesmo dopados com outros átomos". "Com o laser de raios-X temos uma ferramenta de laboratório que pode controlar com precisão o crescimento dos diamantes." Em relação a controvérsia da chuva de diamantes, o experimento prova que diamantes poderia se formar no núcleo de planetas, mas não na atmosfera, ou seja, a polêmica continua. #chuvadediamante

Todos os anos, milhões de fragmentos rochosos do espaço sideral queimam na atmosfera da Terra, muitos brilhando brevemente e aparecendo no céu como "estrelas cadentes". Mas quantos sobrevivem a seus mergulhos de alta velocidade para atingir o solo? As rochas do espaço que pousam na Terra são conhecidas como meteoritos. Impactos gigantes, como o que provavelmente encerrou o reinado dos dinossauros há cerca de 66 milhões de anos, causado por um asteroide ou cometa medindo cerca de 10 quilômetros de diâmetro, são extraordinariamente raros. Em vez disso, a maioria das rochas que caem na Terra são muito pequenas, e relativamente poucas sobrevivem à sua queda de fogo através da atmosfera da Terra. Os cientistas estimam que menos de 10.000 meteoritos colidem com o solo ou o mar na Terra, o que é uma gota no balde em comparação com a lua, que não tem atmosfera e é atingida por tamanhos variados de rochas espaciais: cerca de 11 a 1.100 toneladas de poeira de rocha espacial por dia e cerca de 33.000 colisões de rochas espaciais do tamanho de uma bola de pingue-pongue anualmente. As rochas espaciais que normalmente terminam como meteoritos são conhecidas como meteoróides – pequenos asteróides, ou os menores membros do sistema solar. Estes variam em tamanho, de pedregulhos medindo cerca de 1 metro de largura, até micrometeoróides do tamanho de grãos de poeira. Os meteoróides são geralmente fragmentos de asteróides ou cometas. No entanto, alguns podem ser detritos lançados de planetas ou luas. Por exemplo, existem mais de 300 meteoritos conhecidos que se originaram como pedaços de Marte. À medida que os meteoróides atravessam a atmosfera da Terra, eles queimam pelo atrito do ar e produzem raios de luz no céu: essas rochas em chamas e caindo são chamadas de meteoros . Milhares meteoros brilham no céu da Terra todos os dias, mas a maioria delas acontece sobre os oceanos e regiões desabitadas, e muitas são mascaradas pela luz do dia. A maioria dos meteoros detectados na Terra "vem das chuvas de meteoros associadas à poeira liberada pelos cometas", disse Gonzalo Tancredi, astrônomo da Universidade da República em Montevidéu, no Uruguai. No entanto, as chuvas de meteoros não produzem meteoritos, pois os meteoróides em tais chuvas são normalmente muito frágeis para sobreviver à queda no chão. Para estimar quantos meteoritos atingem a Terra com sucesso a cada ano, Tancredi analisou dados da Meteoritical Society. De 2007 a 2018, houve 95 relatos de meteoritos caindo na Terra, com uma taxa média de cerca de 7,9 relatos por ano. É impossível saber com certeza quantos meteoritos caem no oceano e afundam sem serem detectados. No entanto, 29% da superfície da Terra é coberta por terra. As áreas urbanas, nas quais vivem cerca de 55% das pessoas, cobrem cerca de 0,44% da terra, observou Tancredi. Ele estimou que o número total de quedas de meteoritos terrestres sobre a Terra era aproximadamente igual ao número de meteoritos relatados em áreas urbanas dividido pela porcentagem de terra da Terra coberta por expansão urbana. Ao todo, ele estimou que provavelmente há "cerca de 6.100 quedas de meteoritos por ano em toda a Terra, sendo cerca de 1.800 em terra". Rochas espaciais medindo cerca de 10 metros de largura devem entrar na atmosfera da Terra a cada seis a 10 anos. Uma rocha grande o suficiente para gerar uma explosão, como a do evento de Tunguska de 1908 na Rússia, acontece a cada 500 anos. Estima-se que um grande impacto cósmico de uma rocha com cerca de 1 km de largura ocorra a cada 300.000 a 500.000 anos, enquanto uma colisão como a que encerrou o período Cretáceo e destruiu os dinossauros pode ocorrer uma vez em 100 milhões a 200 milhões de anos. #meteorito #meteoro

Imagine ser capaz de gerar eletricidade aproveitando a umidade do ar ao seu redor apenas com itens do dia a dia, como sal marinho e um pedaço de tecido. Pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura desenvolveu um novo dispositivo conhecido como MEG, sigla em inglês para "geração de eletricidade acionada por umidade", feito de uma fina camada de tecido - cerca de 0,3 milímetros de espessura - sal marinho, tinta de carbono e um gel especial absorvente de água. O conceito de dispositivos MEG é construído sobre a capacidade de diferentes materiais de gerar eletricidade a partir da interação com a umidade do ar. Essa área tem recebido crescente interesse devido ao seu potencial para uma ampla gama de aplicações do mundo real, incluindo dispositivos autoalimentados, como eletrônicos vestíveis, monitores de saúde, sensores eletrônicos de pele e dispositivos de armazenamento de informações. Os principais desafios das tecnologias MEG atuais incluem a saturação de água do dispositivo quando exposto à umidade ambiente e desempenho elétrico insatisfatório. Assim, a eletricidade gerada por dispositivos MEG convencionais é insuficiente para alimentar dispositivos elétricos e também não é sustentável. Para superar esses desafios, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor assistente Tan Swee Ching, desenvolveu um novo dispositivo MEG contendo duas regiões de propriedades diferentes para manter perpetuamente uma diferença no teor de água entre as regiões para gerar eletricidade, e permitir a saída elétrica por centenas de horas. O dispositivo MEG da equipe consiste em uma fina camada de tecido que foi revestida com nanopartículas de carbono. Em seu estudo, a equipe usou um tecido comercialmente disponível feito de polpa de madeira e poliéster. Uma região do tecido é revestida com um hidrogel iônico higroscópico, e essa região é conhecida como região úmida. Feito com sal marinho, o gel especial de absorção de água pode absorver mais de seis vezes seu peso original e é usado para coletar a umidade do ar. “O sal marinho foi escolhido como o composto de absorção de água devido às suas propriedades não tóxicas e seu potencial para fornecer uma opção sustentável para as usinas de dessalinização descartarem o sal marinho e a salmoura gerados”. A outra extremidade do tecido é a região seca que não contém uma camada higroscópica de hidrogel iônico. Isso é para garantir que essa região seja mantida seca e a água fique confinada à região úmida. Uma vez que o dispositivo MEG é montado, a eletricidade é gerada quando os íons do sal marinho são separados à medida que a água é absorvida na região úmida. Íons livres com carga positiva (cátions) são absorvidos pelas nanopartículas de carbono que são carregadas negativamente. Isso causa mudanças na superfície do tecido, gerando um campo elétrico através dele. Essas mudanças na superfície também dão ao tecido a capacidade de armazenar eletricidade para uso posterior. Usando um design exclusivo de regiões úmidas e secas, os pesquisadores da NUS conseguiram manter alto teor de água na região úmida e baixo teor de água na região seca. Isso sustentará a saída elétrica mesmo quando a região úmida estiver saturada com água. Após 30 dias em ambiente aberto e úmido, a água ainda foi mantida na região úmida demonstrando a eficácia do dispositivo na sustentação da saída elétrica. O dispositivo MEG da equipe também demonstrou alta flexibilidade e foi capaz de suportar o estresse de torção, rolamento e flexão. Curiosamente, sua excelente flexibilidade foi demonstrada pelos pesquisadores ao dobrar o tecido em um formato de origami que não afetou o desempenho elétrico geral do dispositivo. “Após a absorção de água, um pedaço de tecido gerador de energia com 1,5 por 2 centímetros de tamanho pode fornecer até 0,7 volts de eletricidade por mais de 150 horas em um ambiente constante”, disse Zhang Yaoxin, membro da equipe de pesquisa. A equipe conectou três peças do tecido gerador de energia e as colocou em uma caixa impressa em 3D do tamanho de uma bateria AA padrão. A voltagem do dispositivo montado foi testada para chegar a 1,96V – mais do que uma bateria AA comercial de cerca de 1,5V – o que é suficiente para alimentar pequenos dispositivos eletrônicos, como um despertador. A escalabilidade, a conveniência de obter matérias-primas comercialmente disponíveis, bem como o baixo custo de fabricação de cerca de US$ 0,15 por metro quadrado, tornam o dispositivo MEG adequado para produção em massa. #meg

A neve submarina é conhecida por se formar em ambientes de baixa temperatura, por exemplo, sob as plataformas de gelo, na Terra. Uma nova pesquisa liderada por pesquisadores planetários da Universidade do Texas em Austin mostra que o mesmo provavelmente é verdade para mundos oceânicos, como a lua de Júpiter, Europa, onde pode desempenhar um papel na construção de sua concha de gelo. “Quando estamos explorando Europa, estamos interessados ​​na salinidade e composição do oceano, porque isso é uma das coisas que irão governar sua habitabilidade potencial ou mesmo o tipo de vida que pode viver lá”, disse a principal autora Natalie Wolfenbarger , pesquisadora do Instituto de Geofísica da Universidade do Texas em Austin. Europa, a sexta das luas de Júpiter e a quarta maior, tem aproximadamente o tamanho da Lua da Terra. Acredita-se que este mundo esconda um oceano de água líquida salgada sob sua superfície congelada. Estudos anteriores sugeriram que a temperatura, pressão e salinidade do oceano de Europa mais próximo do gelo é semelhante ao que é encontrado sob uma plataforma de gelo na Antártida. Armado com esse conhecimento, Wolfenbarger e seus colegas da Universidade do Texas em Austin e Dartmouth College examinaram duas classes de gelo acumulado encontrado na Terra: gelo congelado e gelo frazil. O gelo de congelação cresce diretamente sob a plataforma de gelo. O gelo Frazil se forma como flocos de gelo de água super-resfriada que flutuam para cima através da água, estabelecendo-se no fundo da plataforma de gelo. Ambas as maneiras produzem gelo menos salgado do que a água do mar, que os pesquisadores descobriram que seria ainda menos salgado quando dimensionado para o tamanho e a idade da concha de gelo de Europa. Além disso, o gelo frazil – que mantém apenas uma pequena fração do sal na água do mar – pode ser muito comum em Europa. Isso significa que sua concha de gelo pode ser ordens de magnitude mais pura do que as estimativas anteriores. Isso afeta tudo, desde sua força, até como o calor se move através dela e forças que podem conduzir uma espécie de tectônica de gelo. “Esta pesquisa é uma validação para usar a Terra como modelo para entender a habitabilidade de Europa”, disse o autor sênior Dr. Donald Blankenship. “Podemos usar a Terra para avaliar a habitabilidade de Europa, e medir a troca de impurezas entre o gelo e o oceano.”

Cientistas do departamento de Bioengenharia e Terapia Avançada de Órgãos do Centro TechMed, criaram recentemente uma nova terapia imunológica contra o câncer. Em sua pesquisa, o Prof. Jai Prakash e sua equipe desenvolveram nanopartículas recém-projetadas que podem transformar as células imunológicas do corpo para atacar o câncer. Na pesquisa do câncer , tem sido cada vez mais conhecido que as células tumorais podem alterar a aliança de alguns macrófagos específicos para ajudar o tumor a crescer. "Os macrófagos são células que agem como os aspiradores de pó do seu sistema imunológico. Normalmente, eles capturam intrusos e os destroem, mas as células tumorais podem sequestrar essas células para ajudá-las a se espalhar por todo o corpo", explica Prakash. Prakash e sua equipe projetaram nanopartículas que treinam esses macrófagos "ruins" que suportam tumores em células que combaterão os tumores. No entanto, essas minúsculas estruturas semelhantes a células, com diâmetro de 100 a 200 nanômetros, precisam primeiro encontrar os macrófagos antes que possam iniciar o treinamento. Prakash disse que, foi uma das perguntas que tentamos responder com esta pesquisa: como podemos colocar nossas nanopartículas no local certo e no macrófago certo. Para resolver esse desafio, os pesquisadores tiveram que alterar as nanopartículas. As nanopartículas consistem em uma dupla camada de lipídios específicos (fosfolipídios) chamados nanolipossomas. Esses lipídios têm caudas longas que gostam de ficar juntas entre a camada dupla. "Substituímos alguns dos lipídios por outros com uma cauda ligeiramente mais curta que pode 'virar' para a superfície externa", explica Prakash. Os macrófagos ruins podem reconhecer essas caudas viradas e depois devorar a partícula inteira. "Quando soubemos como atacar os macrófagos ruins, chegou a hora de treiná-los para combater o tumor novamente", diz Prakash. Os pesquisadores adicionaram um pequeno componente da parede celular bacteriana, que pode treinar macrófagos, aos nanolipossomas de "cauda invertida" na parede de dupla camada dessas nanopartículas. Essas moléculas também são absorvidas pelos macrófagos ruins que posteriormente os treinam para matar as células cancerígenas . Direcionar esse composto dessa maneira evita que ele seja reconhecido pelas células erradas e, assim, evita danos a outras partes do corpo. Os macrófagos sequestrados podem ser treinados novamente para combater as células cancerígenas, inibindo o crescimento do tumor em 70% em camundongos com tumor de mama. "A terapia impediu a metástase, a capacidade das células cancerígenas de se espalharem pelo corpo", segundo Prakash. Os macrófagos treinados impediram que as células tumorais "preparassem" o tecido pulmonar para hospedar as células tumorais - um processo antes da metástase. Quando uma célula tumoral chegava aos pulmões, o tecido não estava pronto e a célula tumoral não podia iniciar um novo tumor. #nanopartículas

Pesquisadores desenvolveram um material de revestimento protetor transparente que pode se autocurar em 30 minutos quando exposto à luz solar. A excelente durabilidade dos revestimentos automotivos é a questão mais importante na proteção da superfície de um veículo . Além disso, os materiais de revestimento protetor devem ser incolores e transparentes para que a cor original do produto possa ser vista. No entanto, é difícil fornecer uma função de autocura enquanto satisfaz todas essas condições. Materiais com movimento molecular livre têm alta eficiência de autocura, mas têm baixa durabilidade, enquanto materiais com alta dureza e excelente durabilidade têm desempenho notavelmente baixo de autocura. A equipe de pesquisa do Dr. Jin Chul Kim, do Instituto de Pesquisa de Tecnologia Química da Coréia desenvolveu um material de revestimento transparente que satisfaz todas as condições acima e tem desempenho ao dos materiais de revestimento de proteção comercial e pode ser auto-regenerado apenas com luz solar (particularmente próximo à luz infravermelha). Usando o material de proteção auto-regenerativo desenvolvido, os arranhões na superfície podem curar em 30 minutos quando expostos à luz solar. Para demonstrar o desempenho de autocura do material de revestimento desenvolvido, a equipe de pesquisa revestiu um modelo de carro em escala de laboratório usando uma máquina de revestimento por spray. Quando o carro modelo foi exposto à luz do sol do meio-dia por cerca de 30 minutos, um arranhão desapareceu completamente e a superfície do material de revestimento foi restaurada. Quando a luz solar é absorvida pelo material desenvolvido, a temperatura da superfície aumenta à medida que a energia da luz é convertida em energia térmica. Subsequentemente, o aumento da temperatura da superfície torna possível a autocura de um arranhão superficial, repetindo a dissociação e recombinação de ligações químicas na estrutura do polímero. Na resina de revestimento comercial existente, a equipe de pesquisa adicionou uma ligação química dinâmica (estrutura de uréia impedida) que pode repetir a decomposição e recombinação da estrutura do polímero e misturou-a com um corante fototérmico transparente para induzir a ligação química dinâmica ativamente após a exposição à luz solar . Estudos anteriores com corantes fototérmicos foram baseados principalmente em materiais inorgânicos de difícil aplicação industrial, pois o material de revestimento deve ser transparente. Além disso, os materiais inorgânicos requerem uma grande quantidade de energia luminosa para produzir um efeito fototérmico. A equipe de pesquisa usou corantes fototérmicos orgânicos transparentes que podem absorver a luz próximo do infravermelho. A luz infravermelha é uma fonte de energia de comprimento de onda que responde por menos de 10% da luz solar do meio-dia e, portanto, pode evitar o aumento excessivo da temperatura da superfície do veículo. Além disso, os corantes fototérmicos orgânicos apresentam diversas vantagens para comercialização: Não afetam a cor do produto devido à incoloridade inerente, misturam-se facilmente com tintas e são de baixo custo. No futuro, o material auto-regenerativo desenvolvido poderá ser usado como material de revestimento para aplicações de transporte, dispositivos eletrônicos como smartphones, computadores e materiais de construção . Além disso, espera-se contribuir para a realização da neutralidade de carbono, reduzindo o uso de solventes orgânicos nocivos, que são gerados em grandes quantidades ao repintar veículos. #autoregeneração

Cientistas da Escola de Medicina da Universidade da Virgínia e seus colaboradores usaram o DNA para superar um obstáculo quase intransponível para a engenharia de materiais que revolucionará a eletrônica. Um resultado possível de tais materiais projetados poderia ser supercondutores, que têm resistência elétrica zero, permitindo que os elétrons fluam sem impedimentos. Isso significa que eles não perdem energia e não geram calor, ao contrário dos meios atuais de transmissão elétrica. O desenvolvimento de um supercondutor que poderia ser amplamente utilizado à temperatura ambiente - em vez de temperaturas extremamente altas ou baixas, como é atualmente - poderia levar a computadores hiper-rápidos, diminuir o tamanho dos dispositivos eletrônicos, permitir que trens de alta velocidade flutuem em ímãs e reduzir o uso de energia, entre outros benefícios. Um desses supercondutores foi proposto pela primeira vez há mais de 50 anos pelo físico de Stanford William Little. Os cientistas passaram décadas tentando fazê-lo funcionar, mas mesmo depois de validar a viabilidade de sua idéia, eles ficaram com um desafio que parecia impossível de superar. Até agora. Edward Egelman, PhD, do Departamento de Bioquímica e Genética Molecular da Universidade da Virginia, tem sido um líder no campo da microscopia crio-eletrônica ou (crio-EM sigla em inglês), ele e Leticia Beltran, uma estudante de pós-graduação em seu laboratório, usaram Imagens crio-EM para este projeto aparentemente impossível. "Isso demonstra", disse ele, "que a técnica crio-EM tem um grande potencial na pesquisa de materiais". Uma maneira possível de realizar a ideia de Little para um supercondutor é modificar treliças de nanotubos de carbono, cilindros ocos de carbono tão pequenos que devem ser medidos em nanômetros - bilionésimos de metro. Mas havia um grande desafio: controlar as reações químicas ao longo dos nanotubos para que a rede pudesse ser montada com a precisão necessária e funcionar como pretendido. Egelman e seus colaboradores encontraram uma resposta nos próprios blocos de construção da vida. Eles pegaram o DNA, o material genético que diz às células vivas como operar, e o usaram para guiar uma reação química que superaria a grande barreira do supercondutor de Little. Em suma, eles usaram a química para realizar engenharia estrutural surpreendentemente precisa – construção no nível de moléculas individuais. O resultado foi uma rede de nanotubos de carbono montados conforme necessário para o supercondutor de temperatura ambiente de Little. "Este trabalho demonstra que a modificação ordenada de nanotubos de carbono pode ser alcançada aproveitando o controle da sequência de DNA sobre o espaçamento entre os locais de reação adjacentes", disse Egelman. A treliça que eles construíram não foi testada quanto à supercondutividade, por enquanto, mas oferece prova de princípio e tem grande potencial para o futuro, dizem os pesquisadores. "Embora a crio-EM tenha emergido como a principal técnica em biologia para determinar as estruturas atômicas de conjuntos de proteínas, ela teve muito menos impacto até agora na ciência dos materiais", disse Egelman, cujo trabalho anterior levou à sua indução na Academia Nacional de Ciências, uma das maiores honras que um cientista pode receber. Egelman e seus colegas dizem que sua abordagem guiada por DNA para a construção de treliças pode ter uma ampla variedade de aplicações úteis de pesquisa, especialmente em física. Mas também valida a possibilidade de construir o supercondutor de temperatura ambiente de Little. O trabalho dos cientistas, combinado com outros avanços em supercondutores nos últimos anos, pode transformar a tecnologia como a conhecemos e levar a um futuro muito mais "Star Trek". "Embora muitas vezes pensemos em biologia usando ferramentas e técnicas da física, nosso trabalho mostra que as abordagens desenvolvidas na biologia podem realmente ser aplicadas a problemas de física e engenharia", disse Egelman. "Isto é o que é tão emocionante sobre a ciência: não ser capaz de prever para onde nosso trabalho nos levará." #nanotubo #supercondutor #temperaturaambiente

Trinta segundos de luz solar podem aumentar a vida útil da bateria de futuros smartwatches e outros wearables em dezenas de minutos, graças a um protótipo de bateria renovável e recarregável desenvolvido pela Universidade de Surrey, na Inglaterra. O Instituto de Tecnologia Avançada de Surrey demonstrou como seu novo sistema foto-recarregável, que combina baterias de íon de zinco com células solares de perovskita, pode permitir que os wearables voltem à vida sem a necessidade de conectar. Jinxin Bi, primeiro autor do artigo, disse: "Esta tecnologia fornece uma estratégia promissora para o uso eficiente de energia limpa e permite que os eletrônicos vestíveis sejam operados continuamente sem carregamento plugado. Nosso protótipo pode representar um passo à frente em como interagimos com vestíveis e outros dispositivos de internet das coisas, como monitores remotos de saúde em tempo real." O sistema foto-recarregável ecologicamente correto é único devido ao seu desenho estrutural elegante e bem combinado entre a bateria integrada e a célula solar, permitindo que ele demonstre alta densidade de energia e volume comparável às microbaterias de última geração e supercapacitores. “Este projeto é um exemplo de como a Universidade de Surrey se dedica a produzir pesquisa e inovação que equipam a humanidade com conhecimento, ferramentas e tecnologias para nos ajudar a viver uma vida melhor e mais sustentável”. Disse Dr Wei Zhang, co-líder do projeto e especialista em células solares de perovskita. Dr Yunlong Zhao, co-líder do projeto e especialista em baterias para vestíveis e implantáveis, também comentou: "As características únicas do nosso sistema foto-recarregável ultrarrápido podem promover amplas aplicações em dispositivos portáteis auto-alimentados, sistemas de energia autônomos, eletrônica de emergência e sistemas foto-recarregáveis ​​flexíveis."