Aceleradores cósmicos de partículas começam a ser compreendidos

Com informações da ESA - 21/11/2011

No espaço, grandes campos magnéticos guiam as partículas conhecidas como raios cósmicos ao longo do Universo a uma velocidade próxima à da luz - são os aceleradores naturais de partículas. [Imagem: NASA/ESA/Hubble Heritage Team et al.]

Aceleradores naturais
As sondas espaciais da missão Cluster, da ESA, descobriram que os aceleradores de partículas cósmicas são mais eficientes do que se pensava.
A descoberta revelou, pela primeira vez, as fases iniciais dos aceleradores naturais de partículas do Universo.
Todos os aceleradores de partículas necessitam de uma forma de iniciar o processo de aceleração.
Por exemplo, o Large Hadron Collider (LHC), recorre a uma série de pequenos aceleradores que põem as partículas em movimento antes de estas serem injetadas no anel principal, de 27 km de comprimento, onde atingem a velocidade desejada.
No espaço, grandes campos magnéticos guiam as partículas conhecidas como raios cósmicos ao longo do Universo a uma velocidade próxima à da luz, mas são pouco eficientes em dar o empurrão inicial.
Como as partículas de alta energia atingem a Terra, os cientistas sabiam que os aceleradores naturais funcionam, embora ainda não compreendessem como se dava essa aceleração inicial.

Arco de choque magnético
A missão Cluster agora mostrou que, também no espaço, ocorre um processo semelhante ao que acontece no LHC, com acelerações graduais.
As quatro sondas da missão Cluster passaram pela região conhecida como arco de choque magnético da Terra.
O alinhamento das quatro era quase perfeito, o que permitiu analisar o que se passava com os elétrons em escalas temporais muito curtas, de 250 milissegundos ou menos.
As medições mostraram que a temperatura dos elétrons aumenta bruscamente, criando condições favoráveis a uma aceleração em larga escala.
Já se suspeitava que o arco de choque magnético tinha esta capacidade, mas a dimensão do mesmo, bem como os detalhes do processo, eram difíceis de compreender.

As quatro sondas da missão CLUSTER ficaram quase perfeitamente alinhadas ao longo do arco de choque magnético da Terra. [Imagem: ESA/AOES Medialab]

 

Arco fino
A equipe de Steven Schwartz, do Imperial College, em Londres, usou os dados das sondas Cluster para estimar a espessura do arco de choque. Isto é importante porque, quanto mais fino o arco, mais fácil é acelerar as partículas.
"Com estas observações, descobrimos que o arco é o mais fino possível," diz Schwartz.
"Fino", neste caso, corresponde a cerca de 17 km - estimativas anteriores previam espessuras das camadas de choque acima da Terra de cerca de 100 km.
É a primeira vez que se vê com tal detalhamento a região inicial de aceleração das partículas cósmicas.
Este conhecimento é importante já que os arcos de choques estão por todo o lado no Universo - eles são criados sempre que um meio em movimento atinge um obstáculo ou outro fluxo.

Arcos de choque
O processo pode ser compreendido comparando-o com o que ocorre com um avião supersônico.
O avião atinge continuamente a atmosfera antes que as moléculas de ar consigam desviar-se, formando uma onda de choque à frente do avião, que provoca um som característico, conhecido com "boom sônico".
No Sistema Solar, o Sol libera um vento solar acelerado e carregado eletricamente. Quando este vento solar encontra o campo magnético terrestre, forma-se um arco de choque permanente à frente do nosso planeta.
As sondas Cluster têm sido essenciais no estudo deste fenômeno - os cientistas acreditam que os novos resultados, mesmo obtidos para um ponto em particular, podem ser aplicáveis em larga escala.

• Encontrando ordem no caos da turbulência

Também se encontram arcos de choque em volta de estrelas em explosão, estrelas jovens, buracos negros e galáxias. Os cientistas suspeitam que estes possam estar na origem dos raios cósmicos de altas energias que preenchem o universo.
A missão Cluster demonstrou que os arcos de choque muito finos podem ser vitais para desencadear o processo de aceleração nestes locais. Pode não ser a única forma de iniciar as coisas, mas é definitivamente uma forma.

Adeus tsunamis: Manto da invisibilidade para ondas do mar

Com informações da New Scientist - 12/11/2011

Como o sistema não absorve a energia das ondas, apenas as redireciona, ele pode ser usado como uma usina para extrair energia das ondas do mar. [Imagem: NewScientist]

 

Proteção contra ondas
Levante a mão quem acha que os mantos de invisibilidade" criados até agora ainda carecem de uma certa praticidade.
Pode abaixar a mão, mas prepare-se para uma notícia que pode começar a produzir efeitos muito práticos.
Pesquisadores chineses demonstraram na teoria e na prática que as ideias originalmente aplicadas para criar os mantos da invisibilidade podem ser usadas para blindar áreas litorâneas contra grandes ondas, incluindo tsunamis.
Segundo eles, pode ser possível criar uma zona de proteção em zonas costeiras vulneráveis onde as ondas de determinadas frequências não conseguirão chegar.
E o sistema ainda pode funcionar como uma usina para geração de eletricidade.
Metamaterial para ondas de água
Xinhua Hu e seus colegas da Universidade Fudan, em Xangai idealizaram um sistema composto por uma matriz retangular de cilindros estacionários, fixos no fundo do mar, próximo à costa ou praia que se quer proteger.
"A matriz de ressonância dos cilindros pode ser vista como uma espécie de metamaterial para ondas de água," afirma Hu.
Cada cilindro oco é dividido verticalmente em quatro seções, com fendas para o exterior, que permitem que eles se encham de água ou se esvaziem, dependendo do nível da água ao seu redor.
Embora os cilindros sejam completamente imóveis, este enchimento e descarregamento constantes é uma forma de oscilação, o que os torna análogos aos osciladores eletromagnéticos que interferem com as ondas de luz em um metamaterial tradicional.
Ajustando a largura das fendas verticais, o tamanho dos cilindros e seu espaçamento, Hu e sua equipe demonstraram que a matriz pode ser configurada para ondas de água de uma determinada frequência.
Desta forma, a estrutura vai drenar os picos, as ondas mais altas, e se esvaziar para preencher as depressões das ondas - efetivamente "desmanchando" as ondas.
Usando diversas matrizes com espaçamentos diferentes e vários tamanhos de cilindros pode ser possível bloquear ondas de diversas frequências diferentes - e eventualmente até tsunamis, afirma Hu.
Energia das ondas
É importante observar que o amortecimento criado pelo destruidor de ondas na verdade não absorve a energia das ondas - a energia é transformada em ondas de reflexão, produzidas na direção oposta.
Os pesquisadores propõem então que essa energia seja aproveitada e transformada em energia elétrica.
Para isso, tudo o que é necessário fazer é efetivamente absorver a energia das ondas usando geradores apropriados, instalados dentro dos cilindros.
Com base em um cenário ideal, no qual todas as ondas têm a mesma frequência, Hu calcula que 90 por cento da energia das ondas poderia ser refletida ou absorvida pela matriz.
A equipe demonstrou sua ideia usando simulações de computador e uma maquete experimental em escala reduzida, do tamanho de uma mesa.

Bibliografia:

Negative Effective Gravity in Water Waves by Periodic Resonator Arrays
Xinhua Hu, C. T. Chan, Kai-Ming Ho, Jian Zi
Physical Review Letters
Vol.: 106, 174501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.174501

Leis da Física variam ao longo do Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/11/2011

Os cientistas usaram quasares, gigantescos núcleos galáctivos muito brilhantes e muito distantes da Terra, para iluminar os átomos dispersos pelo espaço. Analisando a luz que nos chega, eles concluíram que esses átomos se comportam de forma diferente dos átomos na Terra.[Imagem: Michael Murphy/Swinburne University of Technology/NASA/ESA]

Constante de estrutura fina
Um dos mais queridos princípios da ciência - a constância das leis da física - pode não ser verdadeiro.
Um estudo publicado na mais conceituada revista de física, a Physical Review Letters, afirma que as leis da natureza podem variar ao longo do Universo.
O estudo concluiu que uma das quatro forças fundamentais, o eletromagnetismo, parece variar de um lugar para outro.
O eletromagnetismo é medido por meio da chamada constante de estrutura fina, simbolizada pela letra grega alfa (α).
Esta constante é uma combinação de três outras constantes: a velocidade da luz (c), a carga do elétron (e) e a constante de Planck (h), onde α = e²/hc.
O resultado é cerca de 1/137, um número sem dimensão, o que a torna ainda mais fundamental do que as outras constantes, como a gravidade, a velocidade da luz ou a carga do elétron.
Em termos gerais, a constante alfa mede a magnitude da força eletromagnética - em outras palavras, a intensidade das interações entre a luz e a matéria.
Constantes inconstantes
Agora, John Webb e seus colegas das universidades de Nova Gales do Sul e Swinburne, na Austrália, e Cambridge, no Reino Unido, mediram o valor de alfa em cerca de 300 galáxias distantes, usando dados do Very Large Telescope do ESO, no Chile.
"Os resultados nos deixaram estupefatos," disse o professor Webb. "Em uma direção, a partir de nossa localização no Universo, a constante alfa vai ficando gradualmente mais fraca, e gradualmente mais forte na direção oposta."
Isso mostra uma espécie de "eixo preferencial" para o Universo - chamado pelos cientistas de "dipolo australiano" - de certa forma coincidente com medições anteriores que deram origem à teoria do chamado Fluxo Escuro, que indica que uma parte da matéria do nosso Universo estaria vazando por uma espécie de "ralo cósmico", sugada por alguma estrutura de um outro universo.

A variação da constante alfa foi detectada como uma continuidade ao longo do espaço, o que daria uma espécie de "eixo preferencial" para o Universo - é como se houvesse um eixo magnético universal, atravessando todo o Universo observável, da mesma forma que há um eixo magnético na Terra. [Imagem: Webb et al.]

"A descoberta, se confirmada, terá profundas implicações para o nosso entendimento do espaço e do tempo, e viola um dos princípios fundamentais da teoria da Relatividade Geral de Einstein," completou Webb, referindo-se ao princípio da equivalência de Einstein.
O resultado não é uma completa surpresa: as conclusões haviam sido anunciadas pela equipe em 2010:

• Leis da Física podem variar ao longo do Universo

Naquele momento, porém, o estudo ainda não havia sido publicado em uma revista revisada pelos pares - tanta demora para que outros cientistas analisassem o estudo é uma indicação bem clara do impacto que os resultados podem ter sobre todo o edifício científico estabelecido.
O Dr. Webb e seus colegas vêm trabalhando no assunto há muito mais tempo. Seus primeiros resultados vieram em 1999, mas eram baseados em um número menor de galáxias, de uma região mais restrita do céu.
Universo infinito ou múltiplos universos
Uma das implicações dessas "constantes inconstantes" é que o Universo pode ser infinito.
"Essas violações são de fato esperadas por algumas 'teorias de tudo', que tentam unificar todas as forças fundamentais. Uma alteração suave e contínua de alfa pode implicar que o Universo seja muito maior do que a parte dele que conseguimos observar, possivelmente infinito," propõe o Dr. Victor Flambaum, coautor do estudo.
Outra possibilidade derivada dessa variação na constante alfa é a existência de multiversos, múltiplos universos que podem, de alguma forma, "tocar-se" uns aos outros.

• Teoria dos Multiversos: dados não confirmam e nem descartam

O professor Webb afirma que esta descoberta também pode dar uma resposta muito natural para uma questão que tem intrigado os cientistas há décadas: por que as leis da física parecem tão bem ajustadas para a existência da vida?
"A resposta pode ser que outras regiões do Universo não são tão favoráveis à vida como nós a conhecemos, e que as leis da física que medimos em nossa parte do Universo são meramente 'regras locais'. Neste caso, não seria uma surpresa encontrar a vida aqui," afirma o cientista.
Isto porque basta uma pequena variação nas leis da física para que, por exemplo, as estrelas deixem de produzir carbono, o elemento básico da "vida como a conhecemos".

O estudo comparou a assinatura espectral de quasares distantes com os resultados obtidos em laboratório para concluir que a constante alfa varia ao longo do Universo. [Imagem: Julian Berengut/UNSW]

Como os cientistas chegaram a esta conclusão
Para chegar às suas conclusões, os cientistas usaram a luz de quasares muito distantes como faróis.
O espectro da luz que chega até nós, vinda de cada quasar, traz consigo sinais dos átomos nas nuvens de gás que a luz atravessou em seu caminho até a Terra.
Isto porque uma parte da luz é absorvida por estes átomos, em comprimentos de onda específicos que revelam a identidade desses átomos - de quais elementos eles são.
Essas "assinaturas espectrais", chamadas linhas de absorção, são então comparadas com as mesmas assinaturas encontradas em laboratório aqui na Terra para ver se a constante alfa é mesmo constante.
Os resultados mostraram que não, que alfa varia ao longo de um eixo que parece atravessar o Universo, assim como um eixo magnético atravessa a Terra.
Novas teorias
Quanto ao espanto causado pelos resultados, o Dr. Webb afirma que as chamadas leis da física não estão "escritas na pedra".
"O que nós entendemos por 'leis da natureza'? A frase evoca um conjunto de regras divinas e imutáveis que transcenderiam o 'aqui e agora' para aplicar-se em todos os lugares e em todos os tempos no Universo. A realidade não é tão grandiosa.
"Quando nos referimos às leis da natureza, estamos na verdade falando de um determinado conjunto de ideias que são marcantes na sua simplicidade, que parecem ser universais e que têm sido verificadas por experimentos.
"Portanto, somos nós, seres humanos, que declaramos que uma teoria científica é uma lei da natureza. E os seres humanos frequentemente estão errados," escreveu ele em um artigo na revista Physics World.
Reação muito semelhante teve um dos pesquisadores responsáveis pelo recente experimento que teria identificado neutrinos viajando a velocidades superiores à da luz, outro achado que contraria as atuais leis da física.
Ao falar sobre a controvérsia e as inúmeras tentativas de dar outras explicações para os resultados, o Dr. Sergio Bertolucci afirmou que "um experimentalista tem que provar que uma medição está certa ou está errada. Se você interpretar cada nova medição com as velhas teorias, você nunca terá uma nova teoria".
E como os cientistas poderão ter certeza de que é hora de investir em uma nova teoria?
Se há variação em uma das constantes, é de se esperar que as outras constantes fundamentais também variem.
Tudo o que eles terão que fazer será projetar experimentos que possam verificar variações na gravidade, na carga do elétron ou na velocidade da luz.

• Constantes fundamentais da natureza estão prestes a mudar

Fonte: Inovação Tecnologica

Simulações sobre física!

Vou mandar o link de algumas simulações que vocês podem baixar para aprender um pouco mais de física de uma forma divertida! É só baixar descompactar e instalar.

Lei da Gravitação de Newton Descrição: O programa ilustra a Lei da Gravitação de Newton. Pode-se acresentar astros definindo sua posição, velocidade e massa. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: gravitacao_001.exe

Leis de Kepler Descrição: O programa ilustra alguns dos diversos acontecimentos do universo, utilizando as leis da gravitação de Newton e as leis de Kepler. Pode-se definir nos astros sua posição, velocidade e massa. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: gravitacao_002.exe

Equilíbrio Estático
	Descrição: O programa traz uma animação de um homem subindo em uma escada e o diagrama de forças deste sistema. Como usar: Descompacte o arquivo e instale o programa. Arquivo: mecanica_001.exe

Pêndulo Simples
	Descrição: O programa mostra um pêndulo simples para o qual podemos modificar o comprimento do fio, gravidade e amplitude. Como usar: Descompacte o arquivo e instale o programa. Arquivo: ondas_002.exe

Ciclo de Carnot Descrição: O programa mostra uma máquina térmica para a qual podemos especificar a temperatura da fonte fria e da quente e o calor fornecido. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: ternodinamica_001.exe

Dilatação Linear Descrição: A simulação é baseada em um experimento físico sobre dilatação linear de barras metálicas. Pode-se controlar a temperatura inicial e final da barra bem como o material da barradela. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: ternodinamica_002.exe

Máquina Térmica Descrição: A simulação mostra uma máquina térmica para a qual podemos especificar a temperatura dos reservatórios frio e quente e a troca de calor entre as fontes frias e quente. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: ternodinamica_003.exe

Equação de Bernoulli Descrição: O programa mostra uma situção em que a Equação de Bernoulli é aplicada. Possibilita controlar a densidade do fluido, os diâmetros dos tubos e a pressão feita pelo fluido. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: fluidos_001.exe

Vasos Comunicantes Descrição: O programa mostra um sistema de vasos comunicantes com dois líquidos onde é possível alterar a massa de um dos fluidos. Como usar: Basta descompactar o arquivo e executar o programa. Arquivo: fluidos_002.exe

Todos os links podem ser encontrar no site da UNB

Comprovada existência da matéria escura

 "Uma descoberta que solidifica ainda mais toda a teoria que é base para a física do macro."             O Editor.
















Matéria Escura
Físicos, astrofísicos e astrônomos nunca se sentiram realmente confortáveis em ter que apelar para algo invisível e indetectável para explicar 90% do nosso universo.
Mas é exatamente isso o que acontece com a matéria escura, até ontem apenas uma teoria, que explica porque as galáxias não saem de seu caminho, apesar de suas imensas massas e velocidade.
Mas agora, graças ao telescópio de raios-X Chandra, da NASA, a matéria escura finalmente deixou de ser uma teoria: os cientistas conseguiram comprovar sua existência a partir da observação do maior evento cósmico já observado pelo homem - o choque entre duas galáxias.

Novas teorias da gravidade
A observação desse espetacular choque galáctico ofereceu o que os cientistas estão chamando de uma "evidência definitiva" que a maioria da matéria no nosso universo é escura - invisível e indetectável.
Apesar de consideráveis evidências já oferecidas em prol da existência da matéria escura, alguns cientistas já estavam propondo teorias alternativas para a gravidade onde ela é mais forte do que seria previsível pelas teorias de Newton e Einstein.
Estas teorias eliminam a necessidade da matéria escura. Mas não conseguem explicar os efeitos observados pela colisão agora acompanhada pelos cientistas.
"Os resultados são uma prova direta de que a matéria escura existe," conclui o Dr. Doug Clowe, da Universidade do Arizona, Estados Unidos, e coordenador do estudo.

Lente gravitacional
Em agrupamentos de galáxias, a matéria normal, como os átomos que formam as estrelas, os planetas e tudo o que existe sobre a Terra, está primariamente na forma de estrelas e gases quentes. A massa desse gás quente entre as galáxias é muitíssimo maior do que a massa de todas as estrelas em todas as galáxias.
A matéria normal das galáxias é mantida no agrupamento pela força da gravidade de uma massa ainda maior de matéria escura. Sem a matéria escura, que é invisível e somente pode ser detectada através do efeito de sua gravidade, as velocíssimas galáxias e o gás quente rapidamente se esfacelariam e espalhariam.
Além do Chandra, os astrônomos precisaram utilizar os telescópios Hubble, VLT e Magellan para completar suas observações. Eles utilizaram um fenômeno chamado de lente gravitacional, no qual a gravidade de grandes massas altera a rota da luz que vem de galáxias mais distantes - um efeito previsto pela teoria de Einstein.


Fonte: Inovação Técnologica