Pingos de ciência

Teoricamente, esse efeito foi previsto há muito tempo, mas agora cientistas do Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Viena, em cooperação com a Universidade de Innsbruck, conseguiram medir essa ligação atômica exótica pela primeira vez. Essa interação é útil para manipular átomos extremamente frios, e o efeito também pode desempenhar um papel na formação de moléculas no espaço. Em um átomo eletricamente neutro, um núcleo atômico carregado positivamente é cercado por elétrons carregados negativamente, que cercam o núcleo atômico como uma nuvem. "Se você agora ligar um campo elétrico externo, essa distribuição de carga muda um pouco", explica o Prof. Philipp Haslinger. "A carga positiva é ligeiramente deslocada em uma direção, a carga negativa ligeiramente na outra direção, o átomo de repente tem um lado positivo e um negativo, está polarizado." A luz é apenas um campo eletromagnético que muda muito rapidamente, então também é possível criar esse efeito de polarização com luz laser. Quando vários átomos estão próximos uns dos outros, a luz do laser os polariza exatamente da mesma maneira – positivo à esquerda e negativo à direita, ou vice-versa. Em ambos os casos, dois átomos vizinhos direcionam cargas diferentes um para o outro, levando a uma força atrativa. "Esta é uma força atrativa muito fraca, então você precisa conduzir o experimento com muito cuidado para poder medi-la", diz Mira Maiwöger, a primeira autora da publicação. "Se os átomos têm muita energia e se movem rapidamente, a força atrativa desaparece imediatamente. É por isso que uma nuvem de átomos ultrafrios foi usada." Os átomos são primeiro capturados e resfriados em uma armadilha magnética em um chip de átomo. Em seguida, a armadilha é desligada e libera os átomos em queda livre. A nuvem de átomos é 'ultrafrio' a menos de um milionésimo de Kelvin, mas tem energia suficiente para se expandir durante a queda. No entanto, se os átomos são polarizados com um feixe de laser durante esta fase e, assim, uma força atrativa é criada entre eles, essa expansão da nuvem atômica é desacelerada - e é assim que a força atrativa é medida. “Polarizar átomos individuais com feixes de laser não é basicamente novidade”, diz Matthias Sonnleitner, que lançou as bases teóricas para o experimento. "A coisa crucial sobre nosso experimento, no entanto, é que conseguimos pela primeira vez polarizar vários átomos juntos de forma controlada, criando uma força atrativa mensurável entre eles." Esta força atrativa é uma ferramenta complementar para controlar átomos frios. Mas também pode ser importante na astrofísica: “Na vastidão do espaço, pequenas forças podem desempenhar um papel significativo”, diz Philipp Haslinger. "Aqui, pudemos mostrar pela primeira vez que a radiação eletromagnética pode gerar uma força entre os átomos, o que pode ajudar a lançar uma nova luz sobre cenários astrofísicos que ainda não foram explicados."

Este "nano-robô" altamente inovador deve permitir um estudo mais próximo das forças mecânicas aplicadas em níveis microscópicos, que são cruciais para muitos processos biológicos e patológicos. É descrito em um novo estudo publicado na Nature Communications. Nossas células estão sujeitas a forças mecânicas exercidas em escala microscópica, desencadeando sinais biológicos essenciais para muitos processos celulares envolvidos no funcionamento normal do nosso corpo ou no desenvolvimento de doenças. Por exemplo, a sensação do toque é parcialmente condicionada à aplicação de forças mecânicas em receptores celulares específicos (cuja descoberta foi este ano recompensada com o Prêmio Nobel de Medicina). Além do tato, esses receptores sensíveis a forças mecânicas (conhecidos como mecanorreceptores) permitem a regulação de outros processos biológicos importantes, como constrição dos vasos sanguíneos, percepção da dor, respiração ou até mesmo a detecção de ondas sonoras no ouvido, etc. A disfunção dessa mecanosensibilidade celular está envolvida em muitas doenças - por exemplo, câncer: as células cancerígenas migram dentro do corpo tocando e se adaptando constantemente às propriedades mecânicas de seu microambiente. Tal adaptação só é possível porque forças específicas são detectadas por mecanorreceptores que transmitem a informação ao citoesqueleto da célula. Atualmente, nosso conhecimento sobre esses mecanismos moleculares envolvidos na mecanosensibilidade celular ainda é muito limitado. Várias tecnologias já estão disponíveis para aplicar forças controladas e estudar esses mecanismos, mas elas apresentam uma série de limitações. Em particular, eles são muito caros e não nos permitem estudar vários receptores celulares ao mesmo tempo, o que torna seu uso muito demorado se quisermos coletar muitos dados. Para propor uma alternativa, a equipe de pesquisa liderada pelo pesquisador Gaëtan Bellot do Centro de Biologia Estrutural (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) decidiu usar o método de origami de DNA. Isso permite a automontagem de nanoestruturas 3D em uma forma pré-definida usando a molécula de DNA como material de construção. Nos últimos dez anos, a técnica permitiu grandes avanços no campo da nanotecnologia. Isso permitiu que os pesquisadores projetassem um "nano-robô" composto por três estruturas de origami de DNA. De tamanho nanométrico, é, portanto, compatível com o tamanho de uma célula humana. Torna possível pela primeira vez aplicar e controlar uma força com uma resolução de 1 piconewton, ou seja, um trilionésimo de Newton - com 1 Newton correspondendo à força de um dedo tocando em uma caneta. Esta é a primeira vez que um objeto baseado em DNA feito por humanos e automontado pode aplicar força com essa precisão. A equipe começou acoplando o robô a uma molécula que reconhece um mecanorreceptor. Isso possibilitou direcionar o robô para algumas de nossas células e aplicar forças especificamente a mecanorreceptores direcionados localizados na superfície das células para ativá-los. Tal ferramenta é muito valiosa para a pesquisa básica, pois pode ser utilizada para melhor compreender os mecanismos moleculares envolvidos na mecanosensibilidade celular e descobrir novos receptores celulares sensíveis a forças mecânicas. Graças ao robô, os cientistas também poderão estudar com mais precisão em que momento, ao aplicar a força, as principais vias de sinalização para muitos processos biológicos e patológicos são ativadas em nível celular. “O projeto de um robô que permite a aplicação in vitro e in vivo de forças de piconewton atende a uma demanda crescente da comunidade científica e representa um grande avanço tecnológico. Também pode representar uma fraqueza com sensibilidade a enzimas que podem degradar o DNA. Portanto, nosso próximo passo será estudar como podemos modificar a superfície do robô para que seja menos sensível à ação de enzimas. Também tentaremos encontrar outros modos de ativação do nosso robô usando, por exemplo, um campo magnético", enfatiza Bellot. #nanorobô #mecanosensibilidade #mecanorreceptor

Desde a descoberta de poços na Lua pela espaçonave SELENE da Agência Espacial do Japão em 2009, tem havido interesse em saber se eles fornecem acesso a cavernas que poderiam ser exploradas por rovers e astronautas. Esses recursos são provavelmente criados pelo colapso do teto de um tubo de lava (ou, de uma caverna). Usando dados do instrumento Diviner a bordo do Lunar Reconnaissance Orbiter, que mede continuamente a temperatura da superfície lunar há mais de 11 anos, caracterizamos completamente o ambiente de um poço proeminente. Localizado numa área denominada Mar da Tranquilidade, o ambiente térmico do poço é mais hospitaleiro comparado a qualquer outro lugar na Lua, com temperaturas variando minimamente em torno de confortáveis ​​17°C onde o Sol não brilha diretamente. Se uma caverna se estende de um poço como este, ela também manteria essa temperatura confortável em toda a sua extensão, variando menos de 1°C ao longo de um dia lunar inteiro. Embora não possamos estar completamente certos da existência de uma caverna através de observações remotas, tais características abririam as portas para futuras explorações e habitações na Lua: elas poderiam fornecer abrigo contra dramáticas variações de temperatura presentes em outros lugares da superfície lunar. Crateras de poços são formadas a partir dos tetos desmoronados de espaços vazios subterrâneos, como cavernas naturais ou tubos de lava. Poços de colapso foram encontrados em todos os principais corpos rochosos do sistema solar. No entanto, saliências distintas só foram observadas na Terra e na Lua. Eles são tipicamente o resultado de uma instabilidade estrutural desencadeada por atividade sísmica, tectonismo e/ou impactos. Existem 16 poços de colapso confirmados na Lua potencialmente decorrentes de redes de tubos de lava, e muitos mais resultantes do colapso do material derretido por impacto. Os primeiros têm diâmetros que variam de 15 a 150 m. Embora os tubos de lava possam ser responsáveis ​​por muitos dos poços de colapso lunar observados, a evidência de cavernas intactas é limitada. Pesquisas anteriores, mostraram que o poço localizado em Marius Hills poderia ser parte de um sistema de tubos de lava que se estende por dezenas de quilômetros. Poços lunares e suas cavernas potenciais têm despertado muito interesse devido às suas exposições de sequências de fluxos de lava lunar, bem como seu potencial para servir como bases operacionais para futuras atividades de exploração. Dentro dessas cavidades, a exposição a raios cósmicos, radiação solar, micrometeoritos e temperaturas extremas seriam substancialmente reduzidas. #baselunar #cavernalunar

Cientistas da Universidade de Rostock, na Alemanha, em parceria com a Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria, conseguiram desenvolver metamateriais que transmitem sinais de luz, sem distorções e com precisão. A luz se dispersa em um meio não homogêneo, isso transforma um feixe compacto e direcionado em um brilho difuso. A ideia fundamental da transparência induzida é aproveitar uma propriedade óptica muito menos conhecida para abrir caminho para o feixe, a não-hermiticidade. Na fotônica a não-hermiticidade é a amplificação e a atenuação da luz. A dissipação da luz por causa da absorção, não faz sentido para melhorar a trasmissão do sinal, mas os efeitos não-hermitianos na óptica moderna são fundamentais. Usando esses efeitos, torna-se possível amplificar ou amortecer partes específicas do feixe em nível microscópico, neutralizando quaisquer degradações. Modifica-se um material para adaptá-lo à melhor transmissão possível de um sinal específico, o fluxo de energia deve ser controlado com precisão, para que ele possa se encaixar no material e no sinal. Nos experimentos, eles criaram e observaram, as interações microscópicas dos sinais de luz com seus materiais ativos, em redes de fibras ópticas. A transparência induzida é apenas uma das fascinantes possibilidades que surgem desta descoberta. Para criar um objeto invisível, essa técnica não é o suficiente, seria necessário que as ondas de luz, emergissem atrás do objeto sem alterações, mas a difração sozinha já altera as ondas. "Nossa pesquisa fornece a receita para estruturar um material de tal forma que os feixes de luz passem como se nem o material, nem a própria região do espaço que ele ocupa, existissem." disse o pesquisador Matthias Heinrich. #invisibilidade #não-hermitiana #transparênciainduzida

Mutações genéticas podem ser previstas antes de ocorrerem usando uma nova lei da física, de acordo com um estudo de Melvin Vopson da Universidade de Portsmouth. Ele descobriu, que a segunda lei da termodinâmica, quando aplicada à informação, funciona de modo exatamente oposto à mesma lei aplicada aos fenômenos físicos comuns. "Na física, existem leis que governam tudo o que acontece no universo, por exemplo, como os objetos se movem, como a energia flui e assim por diante. Tudo é baseado nas leis da física", diz ele. "Uma das leis mais poderosas é a segunda lei da termodinâmica, que estabelece que a entropia - uma medida de desordem em um sistema isolado - só pode aumentar ou permanecer a mesma, mas nunca diminuirá." Esta é uma lei indiscutível ligada à flecha do tempo, que mostra que o tempo só vai em um sentido. Ele flui em uma única direção e não pode retroceder. "Imagine duas caixas de vidro transparentes. No lado esquerdo você tem moléculas de gás vermelho, que você pode ver, como fumaça vermelha. No lado direito, você tem fumaça azul, e entre elas há uma barreira. Se você remover a barreira, os dois gases começarão a se misturar e a cor mudará. Não há processo que esse sistema possa sofrer para separar por si só o azul e o vermelho novamente." "Em outras palavras, você não pode diminuir a entropia ou organizar o sistema como era antes sem gasto de energia, porque a entropia só permanece constante ou aumenta com o tempo." Dr. Vopson é um físico da informação. Seu trabalho explora os sistemas de informação , que podem ser qualquer coisa, desde o disco em um laptop até o DNA e o RNA em organismos vivos. Este artigo foi escrito em colaboração com o Dr. Serban Lepadatu da Universidade de Lancashire Central. Vopson acrescentou que "se a segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia precisa permanecer constante ou aumentar ao longo do tempo, pensei que talvez a entropia da informação fosse a mesma coisa". "Mas o que Lepadatu e eu descobrimos foi exatamente o oposto - diminui com o tempo. A segunda lei da dinâmica da informação funciona exatamente em oposição à segunda lei da termodinâmica." Vopson afirma que isso pode ser o que impulsiona as mutações genéticas em organismos biológicos. "O consenso mundial é que as mutações ocorrem aleatoriamente e então a seleção natural dita se a mutação é boa ou ruim para um organismo", explicou. Se a mutação for benéfica para um organismo, ela será mantida. "Mas e se houver um processo oculto que impulsiona essas mutações? Toda vez que vemos algo que não entendemos, descrevemos como 'aleatório' ou 'caótico' ou 'paranormal', mas é apenas nossa incapacidade de explicá-lo. " “Se pudermos começar a olhar para as mutações genéticas de um ponto de vista determinístico, podemos explorar essa nova lei da física para prever mutações – ou a probabilidade de mutações – antes que elas ocorram”. Vopson e colegas analisaram genomas reais do COVID-19 (SARS-CoV-2) e descobriram que sua entropia de informação diminuiu ao longo do tempo: "O melhor exemplo de algo que sofre várias mutações em um curto espaço de tempo é um vírus. A pandemia nos deu a amostra de teste ideal, pois o SARS-CoV-2 se transformou em tantas variantes e os dados disponíveis são inacreditáveis". "Os dados do COVID confirmam a segunda lei da infodinâmica e a pesquisa abre possibilidades ilimitadas. Imagine olhar para um genoma específico e julgar se uma mutação é benéfica antes que ela aconteça. Isso pode ser uma tecnologia revolucionária que pode ser usada em terapias genéticas, indústria farmacêutica, biologia evolutiva e pesquisa pandêmica." #infodinâmica #termodinâmica #flechadotempo

Disparando uma sequência de pulsos de laser inspirada nos números de Fibonacci em direção aos qubits de um computador quântico, físicos criaram duas dimensões de tempo, embora continuasse havendo apenas um único fluxo de tempo correndo. E esse fenômeno quase maluco traz um benefício longamente procurado: As informações armazenadas nesse "segundo tempo" são muito mais protegidas contra erros do que as configurações alternativas atualmente usadas para proteger os computadores quânticos dos erros. Em outras palavras, as informações nos qubits se mantêm sem serem distorcidas por muito mais tempo porque tiram proveito do fato de poderem ficar em uma ou outra das dimensões temporais. O uso de uma dimensão de tempo extra "é uma maneira completamente diferente de pensar sobre as fases da matéria. Eu tenho trabalhado nessas ideias teóricas por mais de cinco anos, e vê-las se tornar realidade em experimentos é emocionante," disse Philipp Dumitrescu, que desenvolveu esta nova abordagem com colegas do Canadá e dos EUA. A correção de erros é um dos maiores desafios da computação quântica porque o mesmo fenômeno que dá superpoderes aos qubits os torna extremamente vulneráveis a quaisquer interferências ambientais - esta é uma das razões pelas quais os computadores quânticos atuais são mantidos perto do zero absoluto no interior de refrigeradores de diluição. Enquanto um bit eletrônico comum pode assumir os valores 0 ou 1, um qubit pode ser 0, 1 ou qualquer outra coisa entre eles, graças a um fenômeno chamado superposição. Esse é o mesmo fenômeno na base do conhecido experimento mental de Schrodinger, em que um gato está vivo e morto ao mesmo tempo, só se decidindo quando a caixa em que ele está é aberta - a abertura da caixa na verdade representa a leitura de um estado quântico de superposição, que é a mesma coisa que é feita toda vez que um qubit é lido. Os qubits mais tipicamente usados são átomos, que são lidos com o uso de lasers - e os próprios fótons da luz que os lê interage com eles, o que torna tudo muito sujeito a erros. "Mesmo se você mantiver todos os átomos sob controle rígido, eles podem perder sua 'quantidade' [característica de ser quântico] conversando com seu ambiente, aquecendo ou interagindo com coisas de maneiras que você não planejou," explicou Dumitrescu. "Na prática, os dispositivos experimentais têm muitas fontes de erro que podem degradar a coerência após apenas alguns pulsos de laser." Para tornar os qubits mais robustos, a principal abordagem tem sido usar as simetrias, essencialmente propriedades que resistem à mudança. Há vários tipos de simetria, incluindo rotação, inversão, rotação-inversão, translação e reversão temporal. Um floco de neve, por exemplo, tem simetria rotacional porque parece o mesmo quando é girado em 60 graus. E a técnica mais usada hoje para estabilizar os qubits envolve dar-lhes uma simetria temporal disparando neles pulsos de laser rítmicos. Funciona, mas Dumitrescu e seus colegas se perguntaram se poderiam ir mais longe. Então, em vez de apenas uma simetria de tempo, eles começaram a estudar como adicionar duas simetrias temporais usando pulsos de laser ordenados, mas não repetidos. Eles buscaram inspiração nos quasicristais: Ao contrário dos cristais tradicionais, com suas redes atômicas bem ordenadas, e dos vidros, com sua desordem total, os quasicristais têm padrões que parecem não se encaixar perfeitamente e não se repetir nunca. Enquanto um pulso de laser periódico se alterna (A, B, A, B, A, B etc.), os pesquisadores criaram um regime de pulsos quase periódico baseado na sequência de Fibonacci. Nessa sequência, cada parte da sequência é a soma das duas partes anteriores (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA etc.). Este arranjo, assim como um quasicristal, é ordenado sem repetição. E, semelhante a um quasicristal, é um padrão 2D compactado em uma única dimensão. É esse achatamento dimensional que gera duas simetrias de tempo em vez de apenas uma: O sistema obtém essencialmente uma simetria de bônus de uma dimensão de tempo extra inexistente. Para testar seus cálculos, a equipe usou um processador quântico com 10 qubits, íons do elemento químico itérbio, que são mantidos presos e controlados individualmente por campos elétricos, mas que podem ser manipulados ou medidos usando pulsos de laser. Eles dispararam a luz do laser nos qubits tanto periodicamente quanto usando a sequência baseada nos números de Fibonacci. A atenção se voltou para os qubits em cada extremidade da linha de 10 átomos, porque era lá que os cálculos indicavam que poderiam emergir as duas simetrias temporais simultâneas - tecnicamente, por apresentar essa simetria adicional, esses átomos se coordenam em uma nova fase da matéria. #íonspresos #Fasetopológicadinâmica #simuladorquântico

Uma equipe de pesquisa liderada por neuroengenheiros da Universidade Rice criou tecnologia sem fio para ativar remotamente circuitos cerebrais específicos em moscas da fruta em menos de um segundo. Em uma demonstração publicada na Nature Materials, pesquisadores usaram sinais magnéticos para ativar neurônios direcionados que controlavam a posição do corpo de moscas da fruta em movimento livre em um recinto. "Para estudar o cérebro ou tratar distúrbios neurológicos, a comunidade científica está procurando por ferramentas que sejam incrivelmente precisas, mas também minimamente invasivas", disse o autor do estudo Jacob Robinson, professor associado de engenharia elétrica e de computação. "O controle remoto de circuitos neurais selecionados com campos magnéticos é uma espécie de santo graal para as neurotecnologias. Nosso trabalho dá um passo importante em direção a esse objetivo porque aumenta a velocidade do controle magnético remoto, tornando-o mais próximo da velocidade natural do cérebro." Robinson disse que a nova tecnologia ativa circuitos neurais cerca de 50 vezes mais rápido do que a melhor tecnologia demonstrada anteriormente para estimulação magnética de neurônios geneticamente definidos. "Fizemos progressos porque o principal autor, Charles Sebesta, teve a ideia de usar um novo canal iônico que fosse sensível à taxa de mudança de temperatura", disse Robinson. "Ao reunir especialistas em engenharia genética, nanotecnologia e engenharia elétrica, conseguimos juntar todas as peças e provar que essa ideia funciona. Foi realmente um esforço de equipe de cientistas de classe mundial com quem tivemos a sorte de trabalhar." Os pesquisadores usaram engenharia genética para expressar um canal iônico especial sensível ao calor em neurônios que fazem com que as moscas abram parcialmente suas asas, um gesto comum de acasalamento. Os pesquisadores então injetaram nanopartículas magnéticas que poderiam ser aquecidas com um campo magnético aplicado. Uma câmera no alto observava as moscas que vagavam livremente em torno de um recinto em cima de um eletroímã. Ao alterar o campo do ímã de uma maneira específica, os pesquisadores puderam aquecer as nanopartículas e ativar os neurônios. Uma análise de vídeo dos experimentos mostrou que moscas com as modificações genéticas assumiram a postura de asas abertas dentro de aproximadamente meio segundo da mudança do campo magnético. Robinson disse que a capacidade de ativar células geneticamente direcionadas em momentos precisos pode ser uma ferramenta poderosa para estudar o cérebro, tratar doenças e desenvolver tecnologia de comunicação direta cérebro-máquina. Robinson é o investigador principal do MOANA, um projeto ambicioso para desenvolver tecnologia de fone de ouvido para comunicação não-cirúrgica, sem fio, cérebro a cérebro. Abreviação de "acesso neural magnético, óptico e acústico", MOANA é financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) para desenvolver tecnologia de fone de ouvido que pode "ler" ou decodificar a atividade neural no córtex visual de uma pessoa e "escrever, " ou codificar, essa atividade no cérebro de outra pessoa. A tecnologia magnetogenética é um exemplo deste último. A equipe de Robinson está trabalhando com o objetivo de restaurar parcialmente a visão de pacientes cegos. Ao estimular partes do cérebro associadas à visão, os pesquisadores da MOANA esperam dar aos pacientes uma sensação de visão, mesmo que seus olhos não funcionem mais. "O objetivo a longo prazo deste trabalho é criar métodos para ativar regiões específicas do cérebro em humanos para fins terapêuticos sem nunca ter que realizar uma cirurgia", disse Robinson. "Para chegar à precisão natural do cérebro, provavelmente precisamos obter uma resposta de alguns centésimos de segundo. Portanto, ainda há um caminho a percorrer." #moana #darpa

Os nêutrons formam uma "pele" em volta do núcleo de um átomo mas, assim como os prótons, eles podem se libertar e ter uma vida solo - ainda que curta. A medição mais precisa até agora, feita no ano passado, estabelece que o nêutron livre tem uma vida de 877,8 segundos (um pouco menos de 15 minutos), antes de decair em prótons, elétrons e antineutrinos. Este resultado trouxe um problema: Ele não bate com o que a teoria estabelece e nem com outros experimentos. E isso é interessante porque pode apontar para uma "nova física", além do Modelo Padrão da física de partículas, além de poder trazer informações sobre a matéria escura. "O tempo de vida do nêutron é um parâmetro importante no Modelo Padrão porque ele é usado como entrada para calcular a matriz de mistura de quarks, que descreve as taxas de decaimento dos quarks," explicou Frank Gonzalez, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA. "Se os quarks não se misturam como esperamos, isso sugere uma nova física além do Modelo Padrão." Para medir o tempo de vida de um nêutron livre, os físicos adotam duas abordagens, que devem chegar à mesma resposta: Uma prende os nêutrons em uma garrafa magnética e conta seu desaparecimento; a outra conta os prótons que aparecem em um feixe à medida que eles decaem. Acontece que os nêutrons parecem viver nove segundos a mais em um feixe do que em uma garrafa. Ao longo dos anos, foram propostas muitas razões para essa discrepância. Uma teoria é que o nêutron se transforma de um estado para outro e vice-versa, um fenômeno da mecânica quântica conhecido como "oscilação", comum entre os neutrinos. "Se um nêutron pode existir como um nêutron regular ou um espelho, então você pode obter esse tipo de oscilação, um balanço entre os dois estados, desde que essa transição não seja proibida," explicou a pesquisadora Leah Broussard. Foi a possibilidade da existência desse nêutron-espelho que gerou toda a teoria de um universo-espelho, ou universo paralelo, um mundo de partículas-espelho que teriam uma interação com as partículas-matéria da nossa realidade por meio da força da gravidade. Além de resolver o problema da física de partículas, partículas-espelho também poderiam lançar luzes sobre a elusiva matéria escura - os nêutrons-espelho poderiam ser as partículas da nunca encontrada matéria escura - e até sobre o problema da constante de Hubble, cujo valor também varia de um tipo de medição para outra. Para testar a existência das partículas-espelho, Broussard idealizou um experimento que procurava nêutrons oscilando em nêutrons espelho de matéria escura usando uma nova técnica de desaparecimento e regeneração. Um feixe de nêutrons foi guiado para um refletômetro de magnetismo, onde o forte campo magnético deveria aumentar o número de oscilações dos nêutrons entre matéria e espelho. Em seguida, o feixe colidia com um "muro" feito de carboneto de boro, que é um forte absorvedor de nêutrons. Se o nêutron de fato oscilasse entre os estados regular e espelhado, quando ele atingisse o muro ele deveria interagir com os núcleos atômicos e ser absorvido pela parede. Se ele estivesse em seu teorizado estado de nêutron-espelho, no entanto, nada aconteceria porque, como um componente da matéria escura, ele não interagiria com nenhuma partícula conhecida. Em outras palavras, do outro lado do muro, só deveriam aparecer nêutrons-espelho. A conclusão: Nenhuma evidência de oscilação de nêutrons foi observada, com todos os nêutrons de matéria batendo no muro, sem qualquer sinal de nêutrons-espelhos do outro lado da parede. "Cem por cento dos nêutrons pararam; zero por cento passou pela parede," reforçou Broussard. Como o experimento rigoroso não encontrou evidências de nêutrons-espelho, os físicos afirmam ter de descartar de vez o que eles agora chamam de "uma teoria forçada", a teoria do universo-espelho. #universoespelho #neutronespelho #universoparalelo

O Prêmio Nobel de Física de 2018 foi concedida a Arthur Ashkin, pelo desenvolvimento das pinças ópticas e sua aplicação aos sistemas biológicos. Arthur inventou as pinças ópticas, aparatos que usam luz laser para aprisionar e manipular partículas, átomos, vírus e outras células vivas. Em seu método original, Ashkin configurou um feixe de laser para que a força de radiação da luz empurrasse pequenas partículas para o centro do feixe e as mantivessem lá. Essa nova ferramenta significou a realização de um antigo sonho da ficção científica - usar a pressão de radiação da luz para mover objetos físicos. As pinças ópticas são um outro lado dos raios tratores, agora também já desenvolvidos. Um grande avanço veio em 1987, quando Ashkin usou a pinça óptica para capturar bactérias vivas sem prejudicá-las. Ele imediatamente começou a estudar sistemas biológicos, e as pinças ópticas hoje são amplamente utilizadas para investigar a maquinaria da vida. Os raios tratores também já podem capturar seres vivos. As pinças óticas já existem há mais de 30 anos, só que estes prêmios demoram para sair. O laser que atua como pinça ótica é um feixe de luz e, portanto, é formado por fótons, as partículas elementares da luz. “Os fótons não têm massa, mas eles têm energia e momento, e transferem esse momento para o objeto. É com isso que se pode aprisioná-los” Para exemplificar observe o vídeo, os vetores de força da água se alteram e "pinçam" a bola, algo semelhante ocorre com laser, que consegue prender objetos dentro dele. Da mesma forma em que a água se move e a bola acompanha o movimento, se você mover o laser o objeto "pinçado" seguirá o laser. #ArthurAshkin #NobeldeFísica #Pinçasópticas

Físicos dos Países Baixos observaram um novo tipo estranho de comportamento em um material magnético quando ele é aquecido. Quando a temperatura sobe, os momentos magnéticos dos átomos que compõem o material - os chamados spins - "congelam", ou travam, em um padrão estático, um fenômeno que normalmente ocorre quando a temperatura diminui. A temperatura aumenta a energia em um sólido, líquido ou gás, e o mesmo vale para um ímã: Com mais temperatura, os spins começam a chacoalhar. Mas não no neodímio, um elemento do grupo das terras raras que ajuda a formar um dos ímãs mais fortes que se conhece, quando ele é usado em uma liga com ferro e boro (Nd2Fe14B). Quando Benjamin Verlhac e seus colegas subiram a temperatura do neodímio, de -268 ºC para -265 ºC, os spins travaram em um padrão sólido, formando um tipo de ímã. Quando novamente resfriado, o material retorna aos seus padrões aleatórios de spin. "O comportamento magnético do neodímio que observamos é na verdade o oposto do que 'normalmente' acontece. É bastante contra-intuitivo, como a água que se transformasse em um cubo de gelo quando aquecida," disse o professor Alexander Khajetoorians, da Universidade Radboud. Esse tipo de fenômeno não é encontrado com frequência na natureza. Existem muito poucos materiais conhecidos que se comportam desse modo invertido. Outro exemplo bem conhecido é o sal de Rochelle, no qual as cargas elétricas se acumulam e formam um padrão ordenado em temperaturas mais altas, mas se distribuem aleatoriamente em temperaturas mais baixas. O neodímio é um elemento descrito como um "vidro de spin autoinduzido", um tipo de material exótico cujo estudo rendeu o Nobel de Física de 2016. Vidros de spin são tipicamente ligas onde os átomos de ferro, por exemplo, são misturados aleatoriamente em uma grade de átomos de cobre. Cada átomo de ferro se comporta como um pequeno ímã, ou um spin. Esses spins colocados aleatoriamente apontam em todas as direções. Mas, diferentemente dos vidros de spin convencionais, onde há uma mistura aleatória de materiais magnéticos, o neodímio é um elemento, e, sem quantidades significativas de nenhum outro material, apresenta um comportamento vítreo em sua forma cristalina. Os spins (momentos magnéticos dos seus átomos) formam padrões que giram como uma hélice, e esse turbilhão é aleatório e muda constantemente. O comportamento estranho e invertido, descoberto agora, está ligado ao conceito de degeneração, quando muitos estados diferentes têm a mesma energia e o sistema fica frustrado - frustração magnética não permite justamente que os spins se estabilizem em uma única direção. O efeito da temperatura é quebrar essa situação: Alguns estados sobrevivem, permitindo que o sistema se estabeleça claramente em um padrão - o tal do "congelamento" dos spins. Isso é interessante do ponto de vista prático porque poderá eventualmente ser usado em novos tipos de armazenamento de informações ou mesmo em conceitos computacionais, como na computação neuromórfica, semelhante ao cérebro.

Uma onda espiral de atividade elétrica no coração pode causar consequências catastróficas. Uma onda espiral cria taquicardia – uma frequência cardíaca muito rápida – e várias espirais causam um estado de contração desorganizada conhecido como fibrilação. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia oferecem um novo método para interromper as ondas espirais que usa menos energia e pode ser menos doloroso do que a desfibrilação tradicional. Ondas elétricas permitem que o coração se contraia e envie sangue por todo o corpo. Quando uma onda se torna uma espiral, sua rotação é mais rápida que o marcapasso natural do coração e suprime a função cardíaca normal. Em vez disso, uma onda espiral pode gerar mais espirais até que o coração seja ultrapassado por várias ondas espirais, levando a uma contração desorganizada e impedindo o coração de fornecer sangue ao corpo. Durante anos, cientistas e médicos trabalharam para encontrar a melhor maneira de parar as ondas espirais antes que elas saíssem do controle. No entanto, por mais de meio século, o melhor método tem sido um único forte choque elétrico. Os 300 joules de energia necessários para a desfibrilação excitam não apenas as células do coração, mas todo o corpo, tornando-se muito doloroso para o paciente. Ao longo dos anos, os pesquisadores experimentaram o uso de choques mais fracos para reorganizar as arritmias. "Ainda não tínhamos uma compreensão clara de como a desfibrilação funcionava", disse o professor Flavio Fenton, do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Esta pesquisa explica a energia mínima necessária para realmente encerrar uma arritmia e acredito que esclarece o mecanismo de desfibrilação". Os pesquisadores determinaram que, como as ondas espirais se desenvolvem em pares, elas também devem terminar em pares. Cada onda espiral está conectada a outra espiral indo na direção oposta. Juntar as ondas espirais através de um choque elétrico elimina instantaneamente ambas as ondas. O passo seguinte consistiu em usar um método matemático para identificar as regiões-chave para uma estimulação por choque elétrico que permite atingir as ondas espirais no momento preciso onde se torna possível anular as duas ondas e desfibrilar o coração. No processo de encerrar as ondas espirais, os pesquisadores também as estavam movendo através de um conceito que chamaram de "teletransporte". “Chamamos isso de teletransporte porque é muito semelhante ao que você vê na ficção científica, onde algo é movido instantaneamente de um lugar para outro”, disse Fenton. Ondas espirais podem ser teletransportadas para qualquer lugar do coração usando essa abordagem. Em particular, as ondas espirais podem ser movidas para colidir com seus parceiros, o que as extingue. Fenton explicou que para que a desfibrilação ocorra com sucesso, todos os pares de ondas espirais devem ser eliminados dessa maneira. Os pesquisadores planejam testar ainda mais esse conceito usando culturas bidimensionais de células cardíacas. "O próximo passo é provar experimentalmente que o que fizemos numericamente é possível", disse Fenton. #teletransporte #ondasespirais #desfibrilação

Três partículas nunca antes vistas foram observadas pela colaboração internacional LHCb que é um dos quatro grandes detectores do colisor de partículas CERN LHC. A descoberta inclui um novo tipo de “pentaquark” e o primeiro par de “tetraquarks”. As descobertas, apresentadas em um seminário do CERN em 5 de julho de 2022, adicionam três novos membros exóticos à crescente lista de novos hádrons encontrados no LHC. Eles ajudarão os físicos a entender melhor como os quarks se unem nessas partículas compostas. Quarks são partículas elementares e podem ser classificados em seis sabores: up, down, charme, estranho, top e bottom. Eles geralmente se combinam em grupos de dois e três para formar hádrons, como os prótons e nêutrons que compõem os núcleos atômicos. No entanto, em raras ocasiões, eles também podem se combinar em partículas de quatro e cinco quarks, conhecidas como “tetraquarks” e “pentaquarks”. Esses hádrons exóticos foram previstos por teóricos cerca de seis décadas atrás, ao mesmo tempo que os hádrons convencionais, mas apenas recentemente, nos últimos 20 anos, eles foram detectados pelo LHCb e outros experimentos. A maioria dos hádrons exóticos descobertos nas últimas duas décadas são tetraquarks ou pentaquarks contendo um quark charme e um antiquark charme, sendo os dois ou três quarks restantes um quark up, down ou estranho ou seus antiquarks. No entanto, nos últimos dois anos, o LHCb descobriu diferentes tipos de hádrons exóticos. Dois anos atrás, a colaboração descobriu um tetraquark composto de dois quarks charme e dois antiquarks charme, e dois tetraquarks “open-charme” consistindo de um antiquark charme, um quark up, um quark down e um antiquark estranho. E no ano passado encontrou a primeira instância de um tetraquark “double open-charme” com dois quarks charme e um antiquark up e down. Charme aberto significa que a partícula contém um quark charme sem um antiquark equivalente. As descobertas anunciadas hoje pela colaboração do LHCb incluem novos tipos de hádrons exóticos. O primeiro tipo, observado em uma análise de “decaimentos” de mésons B carregados negativamente, é um pentaquark formado por um quark charme e um antiquark charme e um quark up, um down e um quark estranho. É o primeiro pentaquark encontrado a conter um quark estranho. A descoberta tem uma significância estatística colossal de 15 desvios padrão, muito além dos 5 desvios padrão necessários para reivindicar a observação de uma partícula na física de partículas. O segundo tipo é um tetraquark duplamente carregado eletricamente. É um tetraquark de charme aberto composto de um quark charme, um antiquark estranho e um quark up e um antiquark down, e foi localizado junto com sua contraparte neutra em uma análise conjunta de decaimentos de mésons B carregados positivamente e neutros. Os novos tetraquarks, observados com significância estatística de 6,5 e 8 desvios padrão, representam a primeira vez que um par de tetraquarks foi observado. “Quanto mais análises realizamos, mais tipos de hádrons exóticos encontramos”, diz Niels Tuning, coordenador de física do LHCb. “Estamos testemunhando um período de descoberta semelhante à década de 1950, quando um 'zoológico de partículas' de hádrons começou a ser descoberto e acabou levando ao modelo quark de hádrons convencionais na década de 1960. Estamos criando o 'zoológico de partículas 2.0'.” “Encontrar novos tipos de tetraquarks e pentaquarks e medir suas propriedades ajudará os teóricos a desenvolver um modelo unificado de hádrons exóticos, cuja natureza exata é amplamente desconhecida”, diz Chris Parkes, porta-voz do LHCb. “Isso também ajudará a entender melhor os hádrons convencionais”. Enquanto alguns modelos teóricos descrevem hádrons exóticos como unidades únicas de quarks fortemente ligados, outros modelos os consideram como pares de hádrons padrão fracamente ligados em uma estrutura semelhante a uma molécula. Só o tempo e mais estudos de hádrons exóticos dirão se essas partículas são uma, outra ou ambas. #LHC #tetraquarks #pentaquarks

Em breve, não precisaremos usar a função Ajuda. O computador perceberá que temos um problema e virá em socorro por si mesmo. Esta é uma das possíveis implicações de novas pesquisas na Universidade de Copenhague e na Universidade de Helsinque. “Podemos fazer um computador editar imagens inteiramente com base em pensamentos gerados por seres humanos. O computador não tem absolutamente nenhuma informação prévia sobre quais recursos ele deve editar ou como. Ninguém nunca fez isso antes”, diz o professor associado Tuukka Ruotsalo, do Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Copenhague. No estudo, 30 participantes foram equipados com capuzes contendo eletrodos que mapeiam os sinais elétricos do cérebro. Todos os participantes receberam as mesmas 200 imagens faciais diferentes para olhar. Além disso, eles receberam uma série de tarefas, como procurar rostos femininos, procurar pessoas mais velhas, procurar cabelos loiros etc. Os participantes não realizariam nenhuma ação, apenas olhariam brevemente para as imagens – 0,5 segundo para cada imagem. Com base em sua atividade cerebral, a máquina primeiro mapeia a preferência dada e depois edita as imagens de acordo. Assim, se a tarefa fosse procurar pessoas mais velhas, o computador modificaria os retratos das pessoas mais jovens, fazendo-as parecer mais velhas. E se a tarefa fosse procurar uma determinada cor de cabelo, todos obteriam essa cor. “Notavelmente, o computador não tinha conhecimento de reconhecimento de rosto e não fazia ideia sobre sexo, cor do cabelo ou quaisquer outros recursos relevantes. Ainda assim, ele apenas editou o recurso em questão, deixando outras características faciais inalteradas”, comenta o estudante de doutorado Keith Davis, da Universidade de Helsinque. Alguns podem argumentar que já existem muitos softwares capazes de manipular características faciais. Mas, todo o software existente foi previamente treinado com entrada rotulada. Então, se você quer um aplicativo que pode fazer as pessoas parecerem mais velhas, você alimenta milhares de retratos e diz ao computador quais são jovens e quais são velhos. Aqui, a atividade cerebral dos sujeitos foi a única entrada. Este é um paradigma totalmente novo em inteligência artificial – usando o cérebro humano diretamente como fonte de entrada. Uma possível aplicação poderia ser na medicina: “Os médicos já usam a inteligência artificial na interpretação de imagens digitalizadas. No entanto, erros acontecem. Afinal, os médicos são assistidos apenas pelas imagens, mas são eles que tomam as decisões. Talvez certos recursos nas imagens sejam mais frequentemente mal interpretados do que outros. Esses padrões podem ser descobertos por meio de uma aplicação de nossa pesquisa”, diz o professor Tuukka. Outra aplicação poderia ser a assistência a certos grupos de pessoas com deficiência, por exemplo, permitir que uma pessoa paralisada opere seu computador. “No entanto, esse não é o foco de nossa pesquisa. Temos um escopo amplo, buscando melhorar o aprendizado de máquina em geral. A gama de aplicações possíveis será ampla. Por exemplo, daqui a 10 ou 20 anos talvez não precisemos usar o mouse ou digitar comandos para operar nosso computador. Talvez possamos usar o controle mental!”

A fotossíntese evoluiu nas plantas por milhões de anos para transformar água, dióxido de carbono e a energia da luz solar em biomassa vegetal e nos alimentos que ingerimos. Este processo, no entanto, é muito ineficiente, com apenas cerca de 1% da energia encontrada na luz solar terminando na planta. Cientistas da Universidade da Califórnia Riverside e da Universidade de Delaware descobriram uma maneira de contornar completamente a necessidade de fotossíntese biológica e criar alimentos independentes da luz solar usando a fotossíntese artificial. A pesquisa, usa um processo eletrocatalítico de duas etapas para converter dióxido de carbono, eletricidade e água em acetato, a forma do principal componente do vinagre. Os organismos produtores de alimentos consomem acetato no escuro para crescer. Combinado com painéis solares para gerar eletricidade para alimentar a eletrocatálise, esse sistema híbrido orgânico-inorgânico poderia aumentar a eficiência de conversão da luz solar em alimentos, até 18 vezes mais eficiente para alguns alimentos. “Com nossa abordagem, procuramos identificar uma nova maneira de produzir alimentos que pudesse romper os limites normalmente impostos pela fotossíntese biológica”, disse o autor correspondente Robert Jinkerson. A fim de integrar todos os componentes do sistema juntos, a saída do eletrolisador foi otimizada para suportar o crescimento de organismos produtores de alimentos. Os eletrolisadores são dispositivos que usam eletricidade para converter matérias-primas como dióxido de carbono em moléculas e produtos úteis. A quantidade de acetato produzida foi aumentada enquanto a quantidade de sal utilizada foi diminuída, resultando nos níveis mais altos de acetato já produzidos em um eletrolisador até hoje. "Usando uma configuração de eletrólise de CO 2 dupla, de duas etapas de última geração desenvolvida em nosso laboratório, conseguimos obter uma alta seletividade em relação ao acetato que não pode ser acessada pelas rotas convencionais de eletrólise de CO 2 ", disse o autor correspondente Feng Jiao na Universidade de Delaware. Experimentos mostraram que uma ampla gama de organismos produtores de alimentos pode ser cultivada no escuro diretamente na saída do eletrolisador rico em acetato, incluindo algas verdes, leveduras e micélio fúngico que produzem cogumelos. A produção de algas com esta tecnologia é aproximadamente quatro vezes mais eficiente em termos energéticos do que cultivá-las fotossinteticamente. A produção de levedura é cerca de 18 vezes mais eficiente em termos energéticos do que normalmente é cultivada com açúcar extraído do milho. "Conseguimos cultivar organismos produtores de alimentos sem nenhuma contribuição da fotossíntese biológica. Normalmente, esses organismos são cultivados com açúcares derivados de plantas ou insumos derivados do petróleo - que é um produto da fotossíntese biológica que ocorreu há milhões de anos. Essa tecnologia é um método mais eficiente de transformar energia solar em alimento, em comparação com a produção de alimentos que depende da fotossíntese biológica”, disse Elizabeth Hann, doutoranda no Laboratório Jinkerson e coautora do estudo. O potencial de empregar esta tecnologia para cultivar plantas também foi investigado. Feijão caupi, tomate, tabaco, arroz, canola e ervilha verde foram todos capazes de utilizar o carbono do acetato quando cultivados no escuro. "Descobrimos que uma ampla gama de culturas poderia pegar o acetato que fornecemos e transformá-lo nos principais blocos de construção molecular que um organismo precisa para crescer e prosperar. Com alguma reprodução e engenharia em que estamos trabalhando atualmente, podemos ser capazes de cultivar culturas com acetato como uma fonte extra de energia para aumentar o rendimento das colheitas", disse Marcus Harland-Dunaway, doutorando no Laboratório Jinkerson e co-autor principal do estudo. Ao libertar a agricultura da dependência total do sol, a fotossíntese artificial abre as portas para inúmeras possibilidades de cultivo de alimentos nas condições cada vez mais difíceis impostas pelas mudanças climáticas antropogênicas. Secas, inundações e disponibilidade de terra reduzida seriam uma ameaça menor à segurança alimentar global se as culturas para humanos e animais crescessem em ambientes controlados e com menos recursos. As colheitas também podem ser cultivadas em cidades e outras áreas atualmente inadequadas para a agricultura e até fornecer alimentos para futuros exploradores espaciais. #fotossínteseartificial

Anéis de vórtice, semelhantes aos anéis de fumaça, já foram observados em luz pulsante antes. Agora, os cientistas descobriram como fazê-los de propósito com lasers, espelhos e lentes especiais. Um labirinto complexo de lasers, lentes e espelhos foi usado para transformar a luz em um vórtice em forma de rosquinha. Anéis de vórtice são comuns em fluidos – pense em anéis de fumaça flutuando no ar ou anéis subaquáticos de bolhas de ar sopradas por golfinhos. Qiwen Zhan, da Universidade de Xangai para Ciência e Tecnologia, na China e seus colaboradores, criaram um anel de vórtice semelhante feito de luz. Anéis de vórtice feitos de luz foram observados pela primeira vez em 2016 por pesquisadores que estudavam pulsos de luz intensos que se tornam mais focados à medida que viajam. Eles descobriram que a luz girava em um vórtice em forma de rosquinha em torno desses pulsos em forma de tubo. Howard Milchberg , da Universidade de Maryland, um dos pesquisadores, diz que o trabalho matemático posterior do grupo mostrou que essas formas estranhas podem comumente aparecer em certos tipos de luz. A equipe de Zhan projetou um experimento para fazer esses anéis de vórtice de luz de propósito. “Estávamos pensando, é possível construir uma coisa dessas com luz?” diz Zhan. “E aconteceu que tínhamos as ferramentas certas na hora certa.” Ele e sua equipe começaram com um pulso de laser especialmente projetado. Eles a direcionavam através de uma sequência de grades, espelhos, lentes e instrumentos semelhantes a pequenas telas de cristal líquido, que alteravam as propriedades da luz. Esse grupo de dispositivos primeiro transformou o pulso de laser em um vórtice longo, semelhante a um tubo, no qual as ondas de luz giravam como se estivessem se enrolando em torno da superfície de um cilindro. Depois de percorrer outro grupo de dispositivos, esse vórtice cilíndrico emergiu com extremidades conectadas, formando um anel. Zhan compara o processo a esticar e depois dobrar um “furacão feito de ondas de luz” em vez de correntes de ar. Huanyang Chen , da Universidade de Xiamen, na China, diz que é experimentalmente desafiador não apenas gerar um vórtice, mas também transformá-lo de um tubo em um anel. O protocolo para fazer isso neste novo experimento provavelmente pode ser estendido para gerar outras formas de vórtice, diz ele. Zhan diz que, por exemplo, pode ser possível projetar um nó em vez de apenas um anel liso. Algo que até já está sendo pesquisado por outra equipe para criar um campo de força 3D nos reatores de fusão nuclear. Zhan, o coordenador da equipe, adianta ainda que eles já estão planejando criar anéis de vórtice usando uma corrente elétrica ou um campo magnético. #anéisdeluz #luztoroidal #física

A mecânica quântica diz que os átomos devem ser pensados como partículas ou como ondas. Decorre daí que deve ser possível construir lasers atômicos - sim, um raio laser de matéria - contendo ondas coerentes de matéria, assim como um laser de luz é formado por ondas coerentes formadas por fótons. De fato, físicos já demonstraram que átomos podem ser focalizados, como se fossem ondas de luz, e pulsos de laser de matéria têm sido gerados a partir de condensados de Bose-Einstein há muito tempo - mas só um pulso, sem sequência. Chun-Chia Chen e seus colegas da Universidade de Amsterdã, queriam ir além, fazendo com que essas ondas de matéria durassem tempo suficiente para que pudessem ser usadas em aplicações práticas. Os lasers de luz estão por toda parte porque os fótons, as partículas de luz, podem ser facilmente colocadas no mesmo estado ao mesmo tempo: Eles "condensam", formando uma onda coerente - uma onda coerente é aquela na qual todos os fótons têm a mesma frequência, a mesma forma de onda e a mesma direção de propagação. Dá para fazer isso com os átomos também, mas é bem mais difícil. Primeiro é necessário combinar as partículas de matéria, que são férmions (elétrons e quarks, por exemplo), para que elas formem bósons (que são da família dos fótons) - na verdade, átomos inteiros podem se comportar como partículas de luz. Quando esse bósons cuidadosamente criados passam por aquele mesmo tipo de condensação dos fótons que formam um laser, forma-se algo conhecido como CBE - condensado de Bose-Einstein, uma substância delicada que só se mantém isolada do ambiente e a alguns miligraus acima do zero absoluto. Depois é só disparar o condensado que você terá um laser de matéria - ou, pelo menos, um pulso dele. O problema é que a menor variação de temperatura faz o condensado de Bose-Einstein se "descondensar", e tudo vai por água abaixo: Para emitir um segundo pulso de laser atômico você precisa começar tudo de novo, resfriando e estabilizando o condensado, para depois emitir outro pulso. Os lasers de luz também nasceram assim - eles eram apenas pulsados no início -, mas progrediram rapidamente, o que não tem acontecido com os lasers de matéria. Agora, Chen finalmente conseguiu criar um CBE contínuo. Nos experimentos anteriores, o resfriamento gradual dos átomos era todo feito em um só lugar. Nessa configuração, decidiu-se distribuir as etapas de resfriamento não no tempo, mas no espaço: Fazendo os átomos se moverem enquanto eles avançam por etapas consecutivas de resfriamento. No final, átomos ultrafrios chegam ao centro do experimento, onde podem ser usados para formar ondas de matéria coerentes em um CBE. Enquanto esses átomos estão sendo usados, novos átomos já estão a caminho para reabastecer o CBE. Tendo solucionado o problema de longa data de criar um condensado de Bose-Einstein contínuo, os pesquisadores agora se concentrarão no próximo objetivo: Usar um laser comum de luz como gatilho para disparar um feixe de saída estável de matéria. Tão logo esses lasers atômicos possam não apenas operar, mas também produzir feixes estáveis, nada mais estará no caminho das aplicações práticas, e os lasers de matéria poderão começar a desempenhar um papel tão importante na tecnologia quanto os lasers comuns atualmente. #laserdematéria #fotônica #laseratômico

Pesquisadores da Universidade de Queensland na Austrália, descobriram que uma espécie de verme com apetite por poliestireno pode ser a chave para a reciclagem de plástico em grande escala. Os cientistas descobriram que o 'superverme' Zophobas morio pode comer poliestireno, graças a uma enzima bacteriana em seu intestino. Dr. Chris Rinke e sua equipe, alimentaram os supervermes com dietas diferentes durante um período de três semanas, com alguns recebendo espuma de poliestireno, alguns farelo e outros em jejum. "Descobrimos que os supervermes alimentados com uma dieta de apenas poliestireno não apenas sobreviveram, mas até tiveram ganhos de peso marginais", disse Rinke. “Isso sugere que os vermes podem obter energia do poliestireno, provavelmente com a ajuda de seus micróbios intestinais”. Os pesquisadores usaram uma técnica chamada metagenômica para encontrar várias enzimas codificadas com a capacidade de degradar poliestireno e estireno. O objetivo de longo prazo é projetar enzimas para degradar resíduos plásticos em usinas de reciclagem por meio de trituração mecânica, seguida de biodegradação enzimática. “Os supervermes são como mini usinas de reciclagem, triturando o poliestireno com a boca e depois alimentando as bactérias em seu intestino”, disse Rinke. “Os produtos de degradação dessa reação podem ser usados ​​por outros micróbios para criar compostos de alto valor, como bioplásticos”. Espera-se que esta biorreutilização incentive a reciclagem de resíduos plásticos e reduza o aterro. O coautor da pesquisa, o doutorando Jiarui Sun, disse que pretendem cultivar as bactérias intestinais em laboratório e testar ainda mais sua capacidade de degradar o poliestireno. "Podemos então analisar como aprimorar esse processo para um nível necessário para uma usina de reciclagem inteira", disse Sun. Rinke disse que há muitas oportunidades para a biodegradação de resíduos plásticos. "Nossa equipe está muito animada para impulsionar a ciência para que isso aconteça", disse ele. #vermecomeplástico #poliestireno #química

A descoberta do bóson de Higgs ajudou a sedimentar o Modelo Padrão da física de partículas, o que poderia ser uma notícia totalmente boa não fosse o fato de que se sabe que o Modelo Padrão é incompleto, não explicando coisas como a gravidade, a matéria escura ou a energia escura. Ao tentar usar o bóson de Higgs para explicar a matéria escura, físicos teóricos se deram conta que seria necessário antes descobrir uma nova partícula, uma versão magnética do famoso bóson que explica a massa. Ela foi chamada de "modo axial de Higgs" - axial significa que ela tem momento angular. Uma equipe da China e dos EUA conseguiu encontrar essa partícula, mostrando que os teóricos podem estar no caminho certo. O mais surpreendente é que, enquanto o bóson de Higgs foi encontrado usando o bilionário e gigantesco LHC, o bóson de Higgs magnético foi encontrado em um experimento de mesa, feito à temperatura ambiente. "Não é todo dia que você encontra uma nova partícula na sua mesa," brincou o professor Kenneth Burch, da Universidade de Boston. O modo axial do bóson de Higgs foi encontrado em uma amostra de um tritelureto de terras raras, ou RTe3, onde o R pode ser o elemento lantânio ou o gadolínio - além dos três átomos de telúrio. Esse material é bem conhecido porque tem a vantagem de poder ser estudado em temperatura ambiente. Ele apresenta propriedades que batem com as estabelecidas pela teoria que propôs a existência do modo axial de Higgs. Em vez de enormes eletroímãs, raios lasers superpotentes e temperaturas criogênicas, a equipe só precisou medir de forma criativa o espalhamento de luz na amostra de RTe3 e escolher um simulador quântico adequado, essencialmente um material que imita as propriedades descritas para a partícula. A equipe focou sua atenção na chamada "onda de densidade de carga", que emerge muito acima da temperatura ambiente e envolve a modulação tanto da densidade de carga quanto das órbitas atômicas. Isso permite que o bóson de Higgs associado a essa onda de densidade de carga tenha componentes adicionais, ou seja, ele pode ser axial, que é o momento angular, que descreve o componente magnético do elétron, por exemplo, mais conhecido como spin. Quando a luz de um laser incidiu sobre o RTe3, o espalhamento fez com que a luz mudasse de cor e de polaridade: A mudança de cor resulta da luz criando o bóson de Higgs no material, enquanto a polarização é sensível aos componentes de simetria da partícula. Finalmente, selecionando adequadamente as polarizações, incidente e de saída, a partícula pode ser criada com diferentes componentes - como um magnetismo ausente ou um componente apontando para cima. A equipe usou o fato de que, para uma configuração, esses componentes se cancelam, enquanto que para outra configuração diferente, eles se somam. "Desta forma, fomos capazes de revelar o componente magnético oculto e provar a descoberta do primeiro modo de Higgs axial," disse o pesquisador. A descoberta reforça algumas teorias que tentam explicar a matéria escura, enquanto tira força de outras. #bóssonhiggs #bóssonhiggsaxial #física

A maioria dos métodos de impressão 3D atualmente em uso depende de reações ativadas por foton ou térmica para obter a manipulação precisa de polímeros. O desenvolvimento de uma nova tecnologia de plataforma chamada impressão direta de som, que usa ondas sonoras para produzir novos objetos, pode oferecer uma terceira opção. As ondas de ultrassom focadas podem ser usadas para criar reações sonoquímicas em minúsculas regiões de cavitação – essencialmente pequenas bolhas. Extremos de temperatura e pressão que duram trilionésimos de segundo podem gerar geometrias complexas pré-projetadas que não podem ser feitas com as técnicas existentes. "As frequências ultrassônicas já estão sendo usadas em procedimentos destrutivos, como ablação a laser de tecidos e tumores. Queríamos usá-los para criar algo", diz Muthukumaran Packirisamy, um dos autores da pesquisa. O método depende de reações químicas criadas pela pressão flutuante dentro de pequenas bolhas suspensas em uma solução de polímero líquido. Usando um certo tipo de ultrassom, frequência e potência, pode-se criar regiões quimicamente reativas muito locais e muito focadas. Basicamente, as bolhas podem ser usadas como reatores para conduzir reações químicas para transformar resina líquida em sólidos ou semi-sólidos. As reações causadas pela oscilação dirigida por ondas de ultrassom dentro das microbolhas são intensas, embora durem apenas picossegundos. A temperatura dentro da cavidade atinge cerca de 14700 Celsius e a pressão excede 1.000 bar (a pressão da superfície da Terra ao nível do mar é de cerca de um bar). O tempo de reação é tão curto que o material circundante não é afetado. Os pesquisadores experimentaram um polímero usado na manufatura aditiva chamado polidimetilsiloxano. Eles usaram um transdutor para gerar um campo ultrassônico que passa pela casca do material de construção e solidifica a resina líquida alvo e a deposita em uma plataforma ou outro objeto previamente solidificado. O transdutor se move ao longo de um caminho predeterminado, eventualmente criando o produto desejado ponto por ponto. Os parâmetros da microestrutura podem ser manipulados ajustando-se a duração da frequência da onda de ultrassom e a viscosidade do material utilizado. Os autores acreditam que a versatilidade da técnica beneficiará indústrias que dependem de equipamentos altamente específicos e delicados. O polímero por exemplo, é amplamente utilizado na indústria de microfluídica, onde os fabricantes exigem ambientes controlados (salas limpas) e técnicas litográficas sofisticadas para criar dispositivos médicos e biossensores. A engenharia aeroespacial e o reparo também podem se beneficiar da técnica, pois as ondas de ultrassom penetram em superfícies opacas, como conchas metálicas. Isso pode permitir que as equipes de manutenção consertem peças localizadas nas profundezas da fuselagem de uma aeronave que seriam inacessíveis a técnicas de impressão dependentes de reações fotoativadas. Pode-se até ter aplicações médicas para impressão remota no corpo para humanos e outros animais. "Provamos que podemos imprimir vários materiais, incluindo polímeros e cerâmicas", diz o pesquisador. "Vamos tentar compósitos polímero-metal em seguida e, eventualmente, queremos começar a imprimir metal usando esse método." #impressao3d #ultrassom #cavitacao

Uma empresa canadense chamada Xanadu Quantum Technologies, criou um computador quântico fotônico chamado Borealis. Segundo a empresa, em testes feitos pelos engenheiros da própria empresa, o computador quântico resolveu em 36 microssegundos uma tarefa que um supercomputador levaria 9.000 anos para solucionar. Ao contrário dos processadores quânticos baseados em qubits supercondutores, o Borealis tem um processador fotônico, ou seja, ele usa partículas de luz, viajando através de uma série de laços de fibra óptica para resolver um problema por uma técnica conhecida como amostragem de bósons - os fótons são um tipo de bóson. Isso envolve medir as propriedades de um grande grupo de fótons emaranhados, ou interligados quanticamente, mas que foram separados fisicamente por divisores de feixe. A amostragem de bósons é uma tarefa difícil para computadores comuns porque a complexidade dos cálculos aumenta drasticamente à medida que o número de fótons aumenta. O Borealis calcula a resposta medindo diretamente o comportamento de até 216 fótons emaranhados. Calcular com exatidão uma amostra única da distribuição programada dos fótons - não é particularmente útil, mas é suficiente para garantir que a supremacia quântica foi alcançada. Em 2020, uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, demonstrou pela primeira vez a supremacia quântica pela técnica de amostragem de bósons, usando 76 fótons. A mesma equipe, agora já construiu outra máquina, com 113 fótons. O Borealis além de usar mais fótons (216), é mais simples, é escalonável, (pode crescer) e mais fácil de programar. O computador está acessível pela internet para programadores fazerem testes de algoritmos quânticos. #computadorquantico #supremaciaquantica #bosons

Higroscopia, é a propriedade que certos materiais possuem de absorver água. E é nesse sentido que pesquisadores da Universidade do Texas, desenvolveram um filme de polímero de baixo custo, feito de biomassa renovável e sal higroscópico, que pode extrair água atmosférica em ambientes áridos. Esses materiais custam apenas US$ 2 por quilo, e um único quilo pode produzir mais de 6 litros de água por dia, em áreas com menos de 15% de umidade relativa, e 13 litros em áreas com até 30% de umidade relativa. “Este novo trabalho, é sobre soluções práticas que as pessoas podem usar, para obter água nos lugares mais quentes e secos da Terra, isso pode permitir que milhões de pessoas sem acesso consistente à água potável, tenham dispositivos simples de geração de água em casa, e que possam operar facilmente”, disse o autor, Professor Guihua Yu. O professor e seus colegas, usaram celulose renovável e um ingrediente comum na cozinha, a goma konjac, como principal esqueleto hidrofílico. A estrutura de poros abertos da goma, acelera o processo de captura de umidade. Outro componente projetado, a celulose termorresponsiva com interação hidrofóbica quando aquecida, ajuda a liberar a água coletada imediatamente, de modo que o consumo geral de energia para produzir água seja minimizado. Outras tentativas de extrair água do ar do deserto, geralmente consomem muita energia e não produzem muito. “E embora 6 litros não pareça muito, criar filmes mais espessos, leitos absorventes, ou matrizes com otimização, pode aumentar drasticamente a quantidade de água que eles produzem”, disseram os pesquisadores. “A reação em si é simples, o que reduz os desafios de ampliá-la e alcançar o uso em massa.” “É simples o suficiente para que qualquer pessoa possa fazê-lo em casa se tiver os materiais.” O filme higroscópico é flexível e pode ser moldado em diversos formatos e tamanhos, dependendo da necessidade do usuário. Fazer o filme requer apenas o precursor de gel, que inclui todos os ingredientes relevantes derramados em um molde. O gel leva 2 minutos para endurecer de forma simples. Então, ele só precisa ser desidratado e pode ser retirado do molde e usado imediatamente depois disso. #química #água #higroscópico

Polvos são moluscos marinhos, possuem oito braços com ventosas dispostos ao redor da boca. Não possuem esqueleto, podem soltar tinta e mudar de cor. Alimentam-se de peixes, crustáceos e outros invertebrados. A substância principal da tinta é a melanina, e também possui cheiro para dispistar predadores como tubarões, que dependem muito do olfato para localizar suas presas. As mudanças de cores da pele, ocorrem por possuirem células chamadas cromatóforos, que contêm pigmentos das cores amarelo, laranja, vermelho, marrom e preto, algumas das espécies possuem apenas duas, três ou quatro cores desses pigmentos. Cerca de 1/3 dos neurônios estão no cérebro, o restante se distribuem entre os braços. Cada ventosa no braço de um polvo pode conter cerca de 10000 neurônios, utilizados para o paladar e o tato. Eles tem três corações, e o sangue é azul-esverdeado, devido ao cobre, que é utilizado para o transporte de oxigênio no sangue dos polvos, em vez de ferro, como no sangue humano. Os polvos são capazes de atravessar buracos do tamanho dos olhos deles. #curiosidades #ciência #polvo

Por mais de uma década, os cientistas tentaram sintetizar uma nova forma de carbono chamada grafino com sucesso limitado. Esse esforço está agora no fim, graças a uma nova pesquisa da Universidade do Colorado de Boulder. O grafino tem sido de interesse dos cientistas há muito tempo por causa de suas semelhanças com o grafeno, o chamado, "material maravilhoso" - outra forma de carbono que é altamente valorizada pela indústria cuja pesquisa foi até premiada com o Prêmio Nobel de Física em 2010. No entanto, apesar de décadas de trabalho e teorizando, apenas alguns fragmentos foram criados até agora. Esta pesquisa, preenche uma lacuna de longa data na ciência de materiais de carbono, potencialmente abrindo novas possibilidades para pesquisa de materiais eletrônicos, ópticos e semicondutores. Alótropos são substâncias em que se varia o número de átomos, ou sua estrutura cristalina, os cientistas há muito se interessam pela construção de alótropos de carbono novos ou inovadores, ou formas de carbono, devido à utilidade do carbono para a indústria, bem como à sua versatilidade. Usando um processo chamado metátese alcino - que é uma reação orgânica que envolve a redistribuição, ou corte e reforma, de ligações químicas alcino (um tipo de hidrocarboneto com pelo menos uma ligação covalente tripla carbono-carbono) - bem como termodinâmica e controle cinético, o grupo conseguiu criar com sucesso o que nunca havia sido criado antes: um material que poderia rivalizar com a condutividade do grafeno, mas com controle. Embora o grafino tenha sido criado com sucesso, a equipe ainda deseja analisar os detalhes específicos dele, incluindo como criar o material em grande escala e como ele pode ser manipulado. "Estamos realmente tentando explorar este novo material de múltiplas dimensões, tanto experimentalmente quanto teoricamente, do nível atômico aos dispositivos reais", disse Wei Zhang, líder da pesquisa. #grafino #grafeno #química

Os microprocessadores podem ser alimentados usando microorganismos fotossintéticos em luz ambiente sem a necessidade de uma fonte de energia externa, mostra uma nova pesquisa da Universidade de Cambridge, os pesquisadores introduziram uma cianobactéria em uma bateria de alumínio-ar para criar um dispositivo biofotovoltaico. O dispositivo tem um tamanho semelhante a uma pilha média, é feito de materiais duráveis ​​e principalmente recicláveis ​​e não requer uma fonte de luz dedicada para funcionar. É o primeiro sistema bioeletroquímico relatado capaz de alimentar continuamente um microprocessador fora das condições controladas pelo laboratório. As aplicações do sistema podem incluir a alimentação de pequenos dispositivos eletrônicos. Existe um potencial significativo para usar a tecnologia em locais remotos onde a eletricidade da rede não é uma opção e onde o uso de baterias que exigem substituição regular é inconveniente. A equipe testou a estabilidade e a biocompatibilidade do substrato de alumínio e demonstrou que o sistema poderia alimentar continuamente um processador Arm Cortex-M0+ por seis meses sob condições ambientais variadas, dentro de uma faixa de temperatura de 13,8 a 30,7°C. Alimentado inteiramente pela célula biofotovoltaica, o processador consumia uma corrente média de 1,4μA com tensão de 0,72V. O sistema só falhou quando uma bolsa de gelo foi usada para baixar a temperatura para 5°C. imagens: Christopher Howe/Universidade de Cambridge #notícias #ciência #fotossíntese #biofotovoltaico

Um tipo de luz comumente observado em experimentos astrofísicos e reatores nucleares pode ajudar a detectar câncer. Em um ensaio clínico, um protótipo de uma máquina de imagem que depende dessa luz geralmente azulada, chamada radiação Cerenkov, capturou com sucesso a presença e a localização de tumores de pacientes com câncer. Quando comparadas com as varreduras padrão dos tumores, as imagens de luz Cerenkov foram classificadas como “aceitáveis” ou superiores para 90% dos pacientes. A radiação Cerenkov é gerada por partículas de alta velocidade que viajam mais rápido que a luz através de um material. Nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz no vácuo, mas a luz viaja mais lentamente através de um material, permitindo que as partículas a ultrapassem. Na imagem de luminescência de Cerenkov, ou CLI, as partículas liberadas por radiotraçadores fazem com que o tecido alvo vibre e relaxe de uma maneira que emite luz, que é então capturada por uma câmera. 96 participantes foram submetidos a CLI e tomografia por emissão de pósitrons ou PET, e também a tomografia computadorizada ou CT. As imagens CLI não são tão precisas quanto as dos exames PET/CT. Mas o CLI pode ser usado como um teste de diagnóstico inicial ou para avaliar o tamanho geral de um tumor em tratamento. Seria uma maneira rápida, fácil e barata de ver se há algo errado. imagens: Memorial Sloan Kettering Cancer Center #câncer #cerenkov #física