terça-feira, 19 de abril de 2011
sexta-feira, 15 de abril de 2011
sexta-feira, 8 de abril de 2011
terça-feira, 29 de março de 2011
Espaço pode não ser contínuo, mas segmentado como um tabuleiro de xadrez
Baseado em artigo de Jennifer Marcus - 29/03/2011
Os cientistas estavam tentando construir um transístor melhor para fabricar produtos eletrônicos mais eficientes.
Mas eles acabaram descobrindo uma nova forma de pensar sobre a estrutura do espaço.
A estrutura do espaço
Normalmente se considera que o espaço seja infinitamente divisível - dadas quaisquer duas posições, sempre haverá uma posição intermediária entre elas.
Chris Regan e Matthew Mecklenburg, da Universidade da Califórnia, não estavam pensando nem em questões cosmológicas e nem em questões puramente matemáticas quando começaram a estudar uma forma de criar transistores ultrarrápidos usando grafeno.
Mas eles descobriram que pensar o espaço como um conjunto de localidades discretas, como os quadrados de um tabuleiro de xadrez, pode explicar como estruturas pontuais como os elétrons, que não possuem um raio finito, apresentam um momento angular intrínseco, ou spin.
O surgimento do spin pode ser explicado, afirmam os pesquisadores, se a partícula habitar um espaço com dois tipos de posições - como os quadrados claros e quadrados escuros de um tabuleiro.
O spin parece emergir se esses quadrados estiverem tão próximos uns dos outros que sua fronteira não possa ser detectada, ou seja, se não existir um ponto intermediário entre eles.
"O spin do elétron pode surgir porque o espaço em distâncias muito pequenas não é liso e contínuo, mas segmentado, como um tabuleiro de xadrez," propõe Regan.
O spin do elétron
Um elétron possui dois estados chamados de "spin para cima" e "spin para baixo".
O fato de que o spin do elétron tem apenas dois valores possíveis - e não três, ou quatro, ou infinitos - ajuda a explicar a estabilidade da matéria, a natureza das ligações químicas e muitos outros fenômenos fundamentais.
Mas os cientistas ainda não sabem exatamente como o elétron desenvolve essa propriedade, que é compreendida como um movimento rotacional.
Se o elétron tiver um raio, sua superfície estaria viajando a uma velocidade maior do que a da luz, violando a Teoria da Relatividade.
Ademais, experimentos têm mostrado que o elétron não tem um raio - imagina-se que ele seja algo como uma partícula puramente pontual, sem superfície e sem qualquer subestrutura que pudesse eventualmente girar.
O físico britânico Paul Dirac mostrou, em 1928, que o spin do elétron é intimamente relacionado com a estrutura do espaço-tempo. Seu argumento combina a mecânica quântica com a Relatividade Especial, a teoria de Einstein do espaço-tempo, expressa na famosa fórmula E=mc2.
Mas a equação de Dirac não acomoda meramente o spin, ela de fato exige que ele exista. Embora mostre que a mecânica quântica relativística exige o spin, a equação não dá uma explicação sobre como uma partícula pontual pode ter um momento angular, e nem porque o spin tem apenas dois valores possíveis.
Espaço discreto
Regan e Mecklenburg estão propondo um enfoque novo e inacreditavelmente simples: o spin binário pode emergir de dois tipos de quadros - claros e escuros - em um espaço que tenha a estrutura de um tabuleiro de xadrez.
E eles tiveram essa ideia, tipicamente da física teórica, enquanto trabalhavam com um problema eminentemente prático - como construir melhores transistores de grafeno.
"Nós queríamos calcular a amplificação de um transístor de grafeno," conta Mecklenburg. "Nós os estamos construindo e precisávamos calcular a eficiência com que vão operar."
Esses cálculos precisam incluir informações sobre como a luz interage com os elétrons no grafeno, que tem a estrutura parecida com a de uma tela de galinheiro.
Os elétrons no grafeno movem-se saltando de um átomo de carbono para o outro, como se fossem peças sendo movidas em um tabuleiro de xadrez.
A diferença com o tabuleiro de jogo é que os "quadros" do grafeno são triangulares, com os triângulos escuros apontando "para cima" e os triângulos claros apontando "para baixo".
Quando um elétron no grafeno absorve um fóton, ele salta de um triângulo claro para um triângulo escuro. Mecklenburg e Regan demonstraram que essa transição é equivalente a passar o spin de "para cima" para "para baixo".
Em outras palavras, os elétrons adquiririam o spin ao serem confinados em posições discretas e específicas no grafeno.
Novo spin
Esse spin agora proposto pelos dois pesquisadores, que deriva da geometria característica da rede atômica do grafeno, seria um spin adicional e diferente do spin comum que o elétron possui.
Eles o chamam de pseudo-spin, embora demonstrem que ele se trata igualmente de um momento angular real.
O pseudo-spin, assim como o spin meio-inteiro apresentado pelos quarks e léptons, seria então derivado de uma sub-estrutura escondida, não da própria partícula, mas do espaço no qual essas partículas vivem.
"Ainda não está claro se esse trabalho será mais útil na física de partículas ou na física da matéria condensada," diz Regan. "mas seria muito estranho se a estrutura de favos de mel do grafeno fosse a única rede atômica capaz de gerar um spin".
Bibliografia:
Spin and the Honeycomb Lattice: Lessons from Graphene
Matthew Mecklenburg, B. C. Regan
Physical Review Letters
March 18
Vol.: 106, 116803 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.116803
Os cientistas estavam tentando construir um transístor melhor para fabricar produtos eletrônicos mais eficientes.
Mas eles acabaram descobrindo uma nova forma de pensar sobre a estrutura do espaço.
A estrutura do espaço
Normalmente se considera que o espaço seja infinitamente divisível - dadas quaisquer duas posições, sempre haverá uma posição intermediária entre elas.
Chris Regan e Matthew Mecklenburg, da Universidade da Califórnia, não estavam pensando nem em questões cosmológicas e nem em questões puramente matemáticas quando começaram a estudar uma forma de criar transistores ultrarrápidos usando grafeno.
Mas eles descobriram que pensar o espaço como um conjunto de localidades discretas, como os quadrados de um tabuleiro de xadrez, pode explicar como estruturas pontuais como os elétrons, que não possuem um raio finito, apresentam um momento angular intrínseco, ou spin.
O surgimento do spin pode ser explicado, afirmam os pesquisadores, se a partícula habitar um espaço com dois tipos de posições - como os quadrados claros e quadrados escuros de um tabuleiro.
O spin parece emergir se esses quadrados estiverem tão próximos uns dos outros que sua fronteira não possa ser detectada, ou seja, se não existir um ponto intermediário entre eles.
"O spin do elétron pode surgir porque o espaço em distâncias muito pequenas não é liso e contínuo, mas segmentado, como um tabuleiro de xadrez," propõe Regan.
O spin do elétron
Um elétron possui dois estados chamados de "spin para cima" e "spin para baixo".
O fato de que o spin do elétron tem apenas dois valores possíveis - e não três, ou quatro, ou infinitos - ajuda a explicar a estabilidade da matéria, a natureza das ligações químicas e muitos outros fenômenos fundamentais.
Mas os cientistas ainda não sabem exatamente como o elétron desenvolve essa propriedade, que é compreendida como um movimento rotacional.
Se o elétron tiver um raio, sua superfície estaria viajando a uma velocidade maior do que a da luz, violando a Teoria da Relatividade.
Ademais, experimentos têm mostrado que o elétron não tem um raio - imagina-se que ele seja algo como uma partícula puramente pontual, sem superfície e sem qualquer subestrutura que pudesse eventualmente girar.
O físico britânico Paul Dirac mostrou, em 1928, que o spin do elétron é intimamente relacionado com a estrutura do espaço-tempo. Seu argumento combina a mecânica quântica com a Relatividade Especial, a teoria de Einstein do espaço-tempo, expressa na famosa fórmula E=mc2.
Mas a equação de Dirac não acomoda meramente o spin, ela de fato exige que ele exista. Embora mostre que a mecânica quântica relativística exige o spin, a equação não dá uma explicação sobre como uma partícula pontual pode ter um momento angular, e nem porque o spin tem apenas dois valores possíveis.
Espaço discreto
Regan e Mecklenburg estão propondo um enfoque novo e inacreditavelmente simples: o spin binário pode emergir de dois tipos de quadros - claros e escuros - em um espaço que tenha a estrutura de um tabuleiro de xadrez.
E eles tiveram essa ideia, tipicamente da física teórica, enquanto trabalhavam com um problema eminentemente prático - como construir melhores transistores de grafeno.
"Nós queríamos calcular a amplificação de um transístor de grafeno," conta Mecklenburg. "Nós os estamos construindo e precisávamos calcular a eficiência com que vão operar."
Esses cálculos precisam incluir informações sobre como a luz interage com os elétrons no grafeno, que tem a estrutura parecida com a de uma tela de galinheiro.
Os elétrons no grafeno movem-se saltando de um átomo de carbono para o outro, como se fossem peças sendo movidas em um tabuleiro de xadrez.
A diferença com o tabuleiro de jogo é que os "quadros" do grafeno são triangulares, com os triângulos escuros apontando "para cima" e os triângulos claros apontando "para baixo".
Quando um elétron no grafeno absorve um fóton, ele salta de um triângulo claro para um triângulo escuro. Mecklenburg e Regan demonstraram que essa transição é equivalente a passar o spin de "para cima" para "para baixo".
Em outras palavras, os elétrons adquiririam o spin ao serem confinados em posições discretas e específicas no grafeno.
Novo spin
Esse spin agora proposto pelos dois pesquisadores, que deriva da geometria característica da rede atômica do grafeno, seria um spin adicional e diferente do spin comum que o elétron possui.
Eles o chamam de pseudo-spin, embora demonstrem que ele se trata igualmente de um momento angular real.
O pseudo-spin, assim como o spin meio-inteiro apresentado pelos quarks e léptons, seria então derivado de uma sub-estrutura escondida, não da própria partícula, mas do espaço no qual essas partículas vivem.
"Ainda não está claro se esse trabalho será mais útil na física de partículas ou na física da matéria condensada," diz Regan. "mas seria muito estranho se a estrutura de favos de mel do grafeno fosse a única rede atômica capaz de gerar um spin".
Bibliografia:
Spin and the Honeycomb Lattice: Lessons from Graphene
Matthew Mecklenburg, B. C. Regan
Physical Review Letters
March 18
Vol.: 106, 116803 (2011)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.116803
quarta-feira, 16 de fevereiro de 2011
segunda-feira, 14 de fevereiro de 2011
Hubble encontra a galáxia mais distante já observada
Aproximando-se das origens
Um grupo de astrônomos identificou, com a ajuda do Telescópio Espacial Hubble, uma galáxia que pode ser a mais distante e, portanto, a mais antiga de que se tem notícia.
A galáxia está a cerca de 13,2 bilhões de anos-luz da Terra, ou seja, ela teria sido formada em um momento em que o Universo tinha apenas 480 milhões de anos.
"Estamos chegando cada vez mais perto das primeiras galáxias, que acreditamos terem sido formadas entre 200 e 300 milhões de anos após o Big Bang," disse Garth Illingworth, da Universidade da Califórnia e um dos líderes do estudo.
Galáxia mais antiga
Nas observações, os astrônomos detectaram mudanças dramáticas nas galáxias, em um período entre 480 e 650 milhões de anos após a grande explosão que se acredita ter dado origem ao nosso Universo.
Segundo Illingworth, a taxa de nascimento de estrelas aumentou dez vezes nesse período de 170 milhões de anos. "Foi um aumento impressionante em um período tão curto, apenas 1% da idade atual do Universo", disse Illingworth.
Impressionante também foi o número de galáxias identificadas.
"Nossas buscas anteriores tinham encontrado 47 galáxias de tempos posteriores, quando o Universo tinha cerca de 650 milhões de anos. No entanto, só pudemos encontrar uma única possível galáxia apenas 170 milhões de anos antes," disse Illingworth. "O Universo estava mudando muito rapidamente em um curto espaço de tempo."
Estes resultados são consistentes com o quadro hierárquico aceito atualmente pelos cientistas para a formação das galáxias, em que as galáxias cresceram e se fundiram sob a influência gravitacional da matéria escura.
* Super-simulação traça mapa histórico do universo
Desvio para o vermelho
Os astrônomos medem a distância de um objeto por meio do seu desvio para o vermelho, uma medida de quanto a expansão do espaço esticou a luz do objeto para comprimentos de onda mais longos - mais vermelhos.
Esta galáxia agora detectada tem um valor provável de desvio para o vermelho de 10,3, o que corresponde a um objeto que emitiu a luz que chega até nós agora há 13,2 bilhões de anos, apenas 480 milhões de anos após o nascimento do universo.
Hubble encontra a galáxia mais distante já observada
Para alcançar desvios para o vermelho maiores do que 10, os astrônomos vão ter que esperar pelo telescópio espacial James Webb. [Imagem: NASA/ESA/A. Feild(STScI)]
Os pesquisadores também descreveram três outras galáxias com desvios para o vermelho maiores do que 8,2, que anteriormente era o mais alto valor confirmado para qualquer objeto no Universo - veja o recorde anterior na reportagem Galáxia encontrada pelo Hubble é o mais distante objeto já visto.
Para confirmar os dados do presente estudo, e para alcançar desvios para o vermelho maiores do que 10, os astrônomos vão ter que esperar pelo telescópio espacial James Webb.
Na verdade, o projeto do Hubble não considerava ser possível alcançar tal nível de observações, mesmo depois que ele recebeu um upgrade completo, em Maio de 2009.
* Hubble está pronto para desvendar novas fronteiras do Universo
A descoberta agora relatada foi possível graças a um dos instrumentos novos instalados naquela ocasião, a Câmera de Campo Amplo 3 (WFC3).
Bibliografia:
A candidate redshift z ? 10 galaxy and rapid changes in that population at an age of 500 Myr
R. J. Bouwens, G. D. Illingworth, I. Labbe, P. A. Oesch, M. Trenti, C. M. Carollo, P. G. van Dokkum, M. Franx, M. Stiavelli, V. González, D. Magee, L. Bradley
Nature
26 January 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature09717
Um grupo de astrônomos identificou, com a ajuda do Telescópio Espacial Hubble, uma galáxia que pode ser a mais distante e, portanto, a mais antiga de que se tem notícia.
A galáxia está a cerca de 13,2 bilhões de anos-luz da Terra, ou seja, ela teria sido formada em um momento em que o Universo tinha apenas 480 milhões de anos.
"Estamos chegando cada vez mais perto das primeiras galáxias, que acreditamos terem sido formadas entre 200 e 300 milhões de anos após o Big Bang," disse Garth Illingworth, da Universidade da Califórnia e um dos líderes do estudo.
Galáxia mais antiga
Nas observações, os astrônomos detectaram mudanças dramáticas nas galáxias, em um período entre 480 e 650 milhões de anos após a grande explosão que se acredita ter dado origem ao nosso Universo.
Segundo Illingworth, a taxa de nascimento de estrelas aumentou dez vezes nesse período de 170 milhões de anos. "Foi um aumento impressionante em um período tão curto, apenas 1% da idade atual do Universo", disse Illingworth.
Impressionante também foi o número de galáxias identificadas.
"Nossas buscas anteriores tinham encontrado 47 galáxias de tempos posteriores, quando o Universo tinha cerca de 650 milhões de anos. No entanto, só pudemos encontrar uma única possível galáxia apenas 170 milhões de anos antes," disse Illingworth. "O Universo estava mudando muito rapidamente em um curto espaço de tempo."
Estes resultados são consistentes com o quadro hierárquico aceito atualmente pelos cientistas para a formação das galáxias, em que as galáxias cresceram e se fundiram sob a influência gravitacional da matéria escura.
* Super-simulação traça mapa histórico do universo
Desvio para o vermelho
Os astrônomos medem a distância de um objeto por meio do seu desvio para o vermelho, uma medida de quanto a expansão do espaço esticou a luz do objeto para comprimentos de onda mais longos - mais vermelhos.
Esta galáxia agora detectada tem um valor provável de desvio para o vermelho de 10,3, o que corresponde a um objeto que emitiu a luz que chega até nós agora há 13,2 bilhões de anos, apenas 480 milhões de anos após o nascimento do universo.
Hubble encontra a galáxia mais distante já observada
Para alcançar desvios para o vermelho maiores do que 10, os astrônomos vão ter que esperar pelo telescópio espacial James Webb. [Imagem: NASA/ESA/A. Feild(STScI)]
Os pesquisadores também descreveram três outras galáxias com desvios para o vermelho maiores do que 8,2, que anteriormente era o mais alto valor confirmado para qualquer objeto no Universo - veja o recorde anterior na reportagem Galáxia encontrada pelo Hubble é o mais distante objeto já visto.
Para confirmar os dados do presente estudo, e para alcançar desvios para o vermelho maiores do que 10, os astrônomos vão ter que esperar pelo telescópio espacial James Webb.
Na verdade, o projeto do Hubble não considerava ser possível alcançar tal nível de observações, mesmo depois que ele recebeu um upgrade completo, em Maio de 2009.
* Hubble está pronto para desvendar novas fronteiras do Universo
A descoberta agora relatada foi possível graças a um dos instrumentos novos instalados naquela ocasião, a Câmera de Campo Amplo 3 (WFC3).
Bibliografia:
A candidate redshift z ? 10 galaxy and rapid changes in that population at an age of 500 Myr
R. J. Bouwens, G. D. Illingworth, I. Labbe, P. A. Oesch, M. Trenti, C. M. Carollo, P. G. van Dokkum, M. Franx, M. Stiavelli, V. González, D. Magee, L. Bradley
Nature
26 January 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature09717
Brasileiros usam Anel de Einstein para estudar galáxias
Com informações da Agência USP - 10/02/2011
Brasileiros usam
Lentes gravitacionais conhecidas como Anéis de Einstein, vistas pelo Telescópio Espacial Hubble.[Imagem: NASA/ESA/A.Bolto/SLACS]
Massa de galáxias
O estudo de um fenômeno conhecido como "anel de Einstein" permitiu que dois astrônomos brasileiros obtivessem informações mais precisas sobre a magnitude e a distribuição da massa de 58 galáxias.
Laerte Sodré Júnior e Antônio Guimarães, pesquisadores do Instituto de Astronomia (IAG) da USP, vão publicar os resultados em um artigo na edição de fevereiro do The Astrophysical Journal, uma das principais publicações da área.
De acordo com Guimarães, as galáxias estudadas encontram-se a uma distância média de 2,4 bilhões de anos-luz do Sistema Solar.
"A luz das galáxias que estão atrás das outras que tiveram suas massas medidas estão muito mais distantes, algo como 5,7 bilhões de anos-luz", conta.
Anel de Einstein
Na pesquisa foram utilizados dois métodos de medição.
O primeiro, baseado no efeito de lentes gravitacionais, analisa a distorção da imagem de uma galáxia que se encontra atrás da galáxia da qual se quer medir a massa.
Como essa distorção, conhecida como "anel de Einstein", é provocada pela ação gravitacional da galáxia que está na frente, torna-se possível calcular a massa responsável pela intensidade do efeito.
Esse método só pode ser usado quando são observadas duas galáxias alinhadas, o que é um evento raro.
Dinâmica estelar
As 58 galáxias que atendiam a essa condição também foram analisadas por meio de outra forma de medição de massa, chamada análise de dinâmica estelar. Nessa técnica, o cálculo é feito aplicando-se leis da física à velocidade observada das estrelas da galáxia da qual se quer medir a massa.
A medição da massa de uma galáxia é feita de forma indireta, a partir de grandezas que podem ser observadas. Por isso, a estimativa da massa depende de alguns "graus de liberdade". A combinação de métodos de medição limita essas liberdades, aumentando a determinação do cálculo.
"Comparando as duas medidas podemos dizer, além de qual é a massa da galáxia, qual é o seu perfil de densidade", explica Guimarães.
O perfil de densidade é a informação mais importante sobre a distribuição da massa na galáxia, e pode ser aplicado em pesquisas de astrofísica abordando formação de galáxias e o estudo da matéria escura, um material cuja existência é inferida, mas que possui natureza ainda desconhecida.
O trabalho de Guimarães e Sodré utilizou dados do Telescópio Espacial Hubble e do projeto Sloan Digital Sky Survey, que faz a catalogação de galáxias e que recentemente divulgou a maior imagem já feita do Universo.
Bibliografia:
Density profile, velocity anisotropy, and line-of-sight external convergence of slacs gravitational lenses
Antonio C. C. Guimarães, Laerte Sodré
The Astrophysical Journal
2011 February 10
Vol.: ApJ 728 33 Issue 1
DOI: 10.1088/0004-637X/728/1/33
Brasileiros usam
Lentes gravitacionais conhecidas como Anéis de Einstein, vistas pelo Telescópio Espacial Hubble.[Imagem: NASA/ESA/A.Bolto/SLACS]
Massa de galáxias
O estudo de um fenômeno conhecido como "anel de Einstein" permitiu que dois astrônomos brasileiros obtivessem informações mais precisas sobre a magnitude e a distribuição da massa de 58 galáxias.
Laerte Sodré Júnior e Antônio Guimarães, pesquisadores do Instituto de Astronomia (IAG) da USP, vão publicar os resultados em um artigo na edição de fevereiro do The Astrophysical Journal, uma das principais publicações da área.
De acordo com Guimarães, as galáxias estudadas encontram-se a uma distância média de 2,4 bilhões de anos-luz do Sistema Solar.
"A luz das galáxias que estão atrás das outras que tiveram suas massas medidas estão muito mais distantes, algo como 5,7 bilhões de anos-luz", conta.
Anel de Einstein
Na pesquisa foram utilizados dois métodos de medição.
O primeiro, baseado no efeito de lentes gravitacionais, analisa a distorção da imagem de uma galáxia que se encontra atrás da galáxia da qual se quer medir a massa.
Como essa distorção, conhecida como "anel de Einstein", é provocada pela ação gravitacional da galáxia que está na frente, torna-se possível calcular a massa responsável pela intensidade do efeito.
Esse método só pode ser usado quando são observadas duas galáxias alinhadas, o que é um evento raro.
Dinâmica estelar
As 58 galáxias que atendiam a essa condição também foram analisadas por meio de outra forma de medição de massa, chamada análise de dinâmica estelar. Nessa técnica, o cálculo é feito aplicando-se leis da física à velocidade observada das estrelas da galáxia da qual se quer medir a massa.
A medição da massa de uma galáxia é feita de forma indireta, a partir de grandezas que podem ser observadas. Por isso, a estimativa da massa depende de alguns "graus de liberdade". A combinação de métodos de medição limita essas liberdades, aumentando a determinação do cálculo.
"Comparando as duas medidas podemos dizer, além de qual é a massa da galáxia, qual é o seu perfil de densidade", explica Guimarães.
O perfil de densidade é a informação mais importante sobre a distribuição da massa na galáxia, e pode ser aplicado em pesquisas de astrofísica abordando formação de galáxias e o estudo da matéria escura, um material cuja existência é inferida, mas que possui natureza ainda desconhecida.
O trabalho de Guimarães e Sodré utilizou dados do Telescópio Espacial Hubble e do projeto Sloan Digital Sky Survey, que faz a catalogação de galáxias e que recentemente divulgou a maior imagem já feita do Universo.
Bibliografia:
Density profile, velocity anisotropy, and line-of-sight external convergence of slacs gravitational lenses
Antonio C. C. Guimarães, Laerte Sodré
The Astrophysical Journal
2011 February 10
Vol.: ApJ 728 33 Issue 1
DOI: 10.1088/0004-637X/728/1/33
.jpg)
Postagens
