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Físicos estão construindo um laser atômico que pode durar para sempre
Hoje em dia, imaginar nossas vidas diárias sem lasers tornou-se difícil. Lasers são usados em impressoras, CD players, medidores, ponteiros, etc.
O que torna o laser tão especial é que ele usa ondas de luz coerentes: toda a luz dentro do laser vibra perfeitamente em sincronia. Enquanto isso, a mecânica quântica nos diz que partículas como os átomos também devem ser consideradas ondas. Como resultado, podemos construir[{” attribute=””>atom lasers’ containing coherent waves of matter. But can we make these matter waves last, so that they may be used in applications?
In research that was published in the journal Nature on June 8, a team of physicists from the University of Amsterdam shows that the answer to this question is affirmative.
Getting bosons to march in sync
The concept that underlies the atom laser is the so-called Bose-Einstein Condensate, or BEC for short.
Elementary particles in nature occur in two types: fermions and bosons. Fermions are particles like electrons and quarks – the building blocks of the matter that we are made of. Bosons are very different in nature: they are not hard like fermions, but soft: for example, they can move through one another without a problem. The best-known example of a boson is the photon, the smallest possible quantity of light.
But matter particles can also combine to form bosons – in fact, entire atoms can behave just like particles of light. What makes bosons so special is that they can all be in the exact same state at the exact same time, or phrased in more technical terms: they can ‘condense’ into a coherent wave. When this type of condensation happens for matter particles, physicists call the resulting substance a Bose-Einstein Condensate.
In everyday life, we are not at all familiar with these condensates. The reason: it is very difficult to get atoms to all behave as one. The culprit destroying the synchronicity is temperature: when a substance heats up, the constituent particles start to jiggle around, and it becomes virtually impossible to get them to behave as one. Only at extremely low temperatures, about a millionth of a degree above absolute zero (about 273 degrees below zero on the Celsius scale), is there a chance of forming the coherent matter waves of a BEC.
Fleeting bursts
A quarter of a century ago, the first Bose-Einstein Condensates were created in physics labs. This opened up the possibility to build atom lasers – devices that literally output beams of matter – but these devices were only able to function for a very short time. The lasers could produce pulses of matter waves, but after sending out such a pulse, a new BEC had to be created before the next pulse could be sent out.
For a first step towards an atom laser, this was still not bad. In fact, ordinary, optical lasers were also made in a pulsed variant before physicists were able to create continuous lasers. But while the developments for optical lasers had gone very fast, the first continuous laser being produced within six months after its pulsed counterpart, for atom lasers the continuous version remained elusive for more than 25 years.
It was clear what the problem was: BECs are very fragile, and are rapidly destroyed when light falls on them. Yet the presence of light is crucial in forming the condensate: to cool a substance down to a millionth of a degree, one needs to cool down its atoms using laser light. As a result, BECs were restricted to fleeting bursts, with no way to coherently sustain them.
A Christmas present
A team of physicists from the University of Amsterdam has now managed to solve the difficult problem of creating a continuous Bose-Einstein Condensate. Florian Schreck, the team leader, explains what the trick was. “In previous experiments, the gradual cooling of atoms was all done in one place. In our setup, we decided to spread the cooling steps not over time, but in space: we make the atoms move while they progress through consecutive cooling steps. In the end, ultracold atoms arrive at the heart of the experiment, where they can be used to form coherent matter waves in a BEC. But while these atoms are being used, new atoms are already on their way to replenish the BEC. In this way, we can keep the process going – essentially forever.”
While the underlying idea was relatively simple, carrying it out was certainly not. Chun-Chia Chen, first author of the publication in Nature, recalls: “Already in 2012, the team – then still in Innsbruck – realized a technique that allowed a BEC to be protected from laser cooling light, enabling for the first time laser cooling all the way down to the degenerate state needed for coherent waves. While this was a critical first step towards the long-held challenge of constructing a continuous atom laser, it was also clear that a dedicated machine would be needed to take it further.
“On moving to Amsterdam in 2013, we began with a leap of faith, borrowed funds, an empty room and a team entirely funded by personal grants. Six years later, in the early hours of Christmas morning 2019, the experiment was finally on the verge of working. We had the idea of adding an extra laser beam to solve a last technical difficulty, and instantly every image we took showed a BEC, the first continuous-wave BEC.”
Having tackled the long-standing open problem of creating a continuous Bose-Einstein Condensate, the researchers have now set their minds on the next goal: using the laser to create a stable output beam of matter. Once their lasers can not only operate forever but can also produce stable beams, nothing stands in the way of technical applications anymore, and matter lasers may start to play an equally important role in technology as ordinary lasers currently do.
Reference: “Continuous Bose–Einstein condensation” by Chun-Chia Chen, Rodrigo González Escudero, Jirí Minár, Benjamin Pasquiou, Shayne Bennetts and Florian Schreck, 8 June 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04731-z
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Comparação da tripulação comercial da NASA Boeing Starliner e SpaceX Dragon
Um deles já transportou oito tripulações da NASA e três tripulações privadas para a Estação Espacial Internacional. O outro será lançado em seu primeiro voo tripulado na próxima semana.
Ambos podem transportar até sete astronautas, ou uma mistura de tripulação e carga. Ambos são projetados para lançar foguetes e perseguir a Estação Espacial Internacional, viajando a 28.000 quilômetros por hora, entre 320 e 400 quilômetros acima da Terra – orbitando nosso planeta a cada 90 minutos. Um cai no oceano. Outras “terras macias” estão no deserto.
O objetivo de ambas as espaçonaves era encontrar uma maneira de fornecer transporte para a Estação Espacial Internacional para os astronautas da NASA, depois que o longo ônibus espacial fosse aposentado. Ambos foram selecionados para financiamento com fundos governamentais em 2014 sob o Contrato de Tripulação Comercial da NASA.
Enquanto a Boeing se prepara para lançar sua cápsula Starliner em sua primeira missão tripulada às 22h34 do dia 6 de maio, no Complexo de Lançamento 41 na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, aqui está o que você precisa saber sobre o Starliner e como ele se compara ao Dragon da SpaceX. .
Avião Boeing Starliner transportará astronautas da NASA
Boeing chama isso Crew Space Transport (CST)-100 Starliner, ou simplesmente “Starliner”. Com lançamento previsto para 6 de maio, fará história como a primeira espaçonave a transportar humanos do Complexo de Lançamento Espacial 41. A plataforma tem sido um local de lançamento para missões históricas, começando com os foguetes Titan em 1965 e incluindo o novo espaço profundo. Horizontes. O módulo de pouso, a espaçonave Voyager e até o rover Curiosity Mars.
Como é chamado onde:Anos depois da aposentadoria do ônibus espacial, a Flórida busca quase 70 lançamentos por ano
O local viu recentemente a adição de um braço de acesso à tripulação em preparação para o teste de voo da tripulação do veículo Starliner, que será lançado com a ajuda de um foguete Atlas V da ULA (uma parceria entre Boeing e Lockheed Martin). O foguete Atlas V foi lançado do local desde 2002, mas esta será a primeira vez que transportará astronautas ao espaço.
Não perca nosso próximo lançamento na Flórida:Tem lançamento hoje? Próximo cronograma de lançamento de foguetes para SpaceX, ULA e NASA na Flórida
Foi nomeado Boeing Starliner Calipso para esta tarefa
Como parte do Programa de Tripulação Comercial da NASA, a Boeing pretende que seu veículo Starliner voe regularmente com astronautas da NASA após um teste de voo de tripulação bem-sucedido. Uma vez certificado pela NASA, o Starliner se juntará ao Dragon da SpaceX, que transporta tripulações para a NASA desde 2020. A Boeing afirma atualmente que a NASA comprou seis missões tripuladas adicionais após os próximos testes de voo.
Segundo a Boeing, a cápsula da tripulação Starliner pode voar até 10 vezes, com um período de serviço de seis meses entre as missões.
A cápsula que voou na segunda-feira foi nomeada Calipso Pelo astronauta de teste de vôo Sunita “Sonny” Williams. Como uma homenagem ao seu amor pelos oceanos e pela exploração, Williams declarou em 2019 que batizou a cápsula Calipso Depois de um navio Jacques Custeau, que foi um explorador oceânico em meados do século XX. Esse navio foi lembrado pela sala de observação subaquática e pelos equipamentos de helicópteros e submarinos que auxiliavam nas expedições científicas. Viajando com Williams estará o comandante da missão Butch Wilmore.
Boeing Starliner
nome: Transporte Espacial da Tripulação (CST)-100 Starliner
subir: 16,5 pés (pod + módulo de servidor)
Diâmetro: 15 pés
Tamanho da tripulação: Quatro (pode conter até sete)
foguete: Lançamentos no ULA Atlas V
lançador: Complexo de Lançamento Espacial 41
Reutilização de mísseis: Um voo (ULA testa capacidade de reutilização com Vulcan)
Destino: Órbita da Terra e a Estação Espacial Internacional
PousarAterrissando sob três pára-quedas e airbags no sudoeste dos Estados Unidos.
Prêmio Década da NASA (2014): US$ 4,8 bilhões
A primeira estação de ancoragem não tripulada do Boeing Starliner
A espaçonave Starliner da Boeing atracou com sucesso pela primeira vez na Estação Espacial Internacional em 20 de maio de 2022.
Dragão SpaceX
nome:Cápsula da Tripulação do Dragão
subir: 16 pés
Diâmetro: 13 pés
Tamanho da tripulação: Quatro (pode conter até sete)
foguete: É lançado em um SpaceX Falcon 9
lançador: KSC 39A e Complexo de Lançamento Espacial 40.
Reutilização de mísseis: Vários voos (Falcon 9 pousa e voa novamente)
Destino: Órbita da Terra e a Estação Espacial Internacional
Pousar: Ele pousa no oceano sob quatro rampas principais depois de usar dois pára-quedas enganosos
Prêmio Década da NASA (2014): 3,1 bilhões de dólares
A primeira acoplagem não tripulada do SpaceX Dragon
O SpaceX Dragon atracou com sucesso pela primeira vez na Estação Espacial Internacional em 25 de maio de 2012.
Brooke Edwards é correspondente via satélite do Florida Today. Contate-a em [email protected] ou X: @brookeofstars.
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Os cientistas descobriram uma forma de compensar os efeitos dos genes que encurtam a vida em mais de 60%.
Um estilo de vida pouco saudável aumenta o risco de morte em 78%, independentemente da predisposição genética.
Análise de dados de estudos de grande escala e longo prazo, publicados em Medicina Baseada em Evidências do BMJEle ressalta que a adoção de um estilo de vida saudável pode neutralizar o efeito dos genes que encurtam a expectativa de vida em mais de 60%.
Embora os genes e o estilo de vida pareçam ter um efeito aditivo na longevidade de uma pessoa, um estilo de vida pouco saudável está independentemente associado a um risco aumentado de 78% de morte prematura, independentemente da predisposição genética, sugere a investigação.
O Índice de Risco Genético (PRS) combina múltiplas variantes genéticas para chegar à predisposição genética geral de uma pessoa para uma vida útil mais longa ou mais curta. O estilo de vida – consumo de tabaco, consumo de álcool, qualidade da dieta, quantidade de sono e níveis de atividade física – é um fator importante.
Mas não está claro até que ponto um estilo de vida saudável pode compensar uma predisposição genética para uma expectativa de vida mais curta, dizem os pesquisadores.
Para explorar isto ainda mais, contaram com um total de 353.742 adultos, recrutados para o Biobank do Reino Unido entre 2006 e 2010, e cuja saúde foi acompanhada até 2021.
Uma pontuação de risco genético foi derivada para riscos de vida longos (20% dos participantes), intermediários (60%) e curtos (20%), usando dados do estudo de coorte LifeGen.
A pontuação ponderada de estilo de vida saudável, que inclui não fumar atualmente, consumo moderado de álcool, atividade física regular, forma corporal saudável, sono adequado e dieta saudável, foi categorizada em favorável (23% dos participantes), regular (56%) e médio. (56%). e padrões de estilo de vida desfavoráveis (22%), utilizando dados do estudo US NHANES.
Resultados do estilo de vida e riscos genéticos
Durante um período médio de acompanhamento de aproximadamente 13 anos, 24.239 participantes morreram.
Aqueles com predisposição genética para uma vida curta tinham 21% mais probabilidade de morrer precocemente do que aqueles com predisposição genética para uma vida longa, independentemente do estilo de vida.
Da mesma forma, aqueles com um estilo de vida inadequado tinham 78% mais probabilidade de morrer prematuramente do que aqueles com um estilo de vida adequado, independentemente da sua predisposição genética.
Aqueles com alto risco genético de vida curta e que tinham um estilo de vida inadequado tinham duas vezes mais probabilidade de morrer do que aqueles com predisposição genética para uma vida longa e que tinham um estilo de vida adequado.
Quatro fatores em particular parecem constituir uma combinação ideal de estilo de vida: não fumar; Atividade física regular. Sono adequado à noite. E siga uma dieta saudável.
Este é um estudo observacional e, como tal, não podem ser tiradas conclusões definitivas sobre causa e efeito, os investigadores reconhecem várias limitações às suas descobertas.
Por exemplo, o estilo de vida foi avaliado apenas num momento e as escolhas de estilo de vida variaram de acordo com a idade. Todos os participantes eram também descendentes de europeus, o que pode limitar a generalização dos resultados, dizem os investigadores.
No entanto, sugerem que as suas descobertas sugerem que o risco genético de redução da esperança de vida ou morte prematura pode ser compensado por um estilo de vida adequado em cerca de 62%.
Aqueles com alto risco genético de escassez poderiam prolongar a sua esperança de vida em quase 5,5 anos aos 40 anos com um estilo de vida saudável, sugerem os investigadores, acrescentando que, dada a forma como os hábitos de vida se estabelecem antes da meia-idade, devem ser tomadas medidas para mitigar a predisposição genética. Uma vida mais curta é necessária antes disso.
Os pesquisadores concluíram: “Este estudo demonstra o papel fundamental de um estilo de vida saudável na mitigação do efeito de fatores genéticos na redução da expectativa de vida”. “As políticas de saúde pública para melhorar estilos de vida saudáveis servirão como complementos poderosos aos cuidados de saúde tradicionais e mitigarão o impacto dos factores genéticos na esperança de vida humana.”
Referência: “Predisposição genética, padrões de estilo de vida modificáveis e seus efeitos combinados na expectativa de vida humana: evidências de vários estudos de coorte” por Zilong Bian, Lijuan Wang, Rong Fan, Jing Sun, Lili Yu, Meihong Xu, Paul R. H. J. Timmers e Xia Chen , James F. Wilson, Evropi Theodoratou, Shifeng Wu e Xue Li, 29 de abril de 2024, Medicina Baseada em Evidências do BMJ.
DOI: 10.1136/bmjebm-2023-112583
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O antigo Telescópio Espacial Hubble volta à vida após um mau funcionamento
A NASA fez isso de novo. A agência espacial dos EUA corrigiu a última falha que afetava o antigo Telescópio Espacial Hubble. O observatório está de volta à ação para desvendar os segredos do universo. “Todos os instrumentos do Hubble estão online e a espaçonave retomou a realização de observações científicas.” NASA disse Em comunicado em 30 de abril.
O problema começou em 23 de abril, quando o Hubble entrou em modo de segurança devido a um problema com um de seus giroscópios. O giroscópio enviou leituras falsas, acionando a caixa de areia do observatório onde as operações científicas estão suspensas. O problema do giroscópio não é novo. O mesmo giroscópio que causou o mau funcionamento recente também se comportou em novembro com problema semelhante.
O Hubble possui seis giroscópios, mas apenas três deles estão operacionais. Os giroscópios ajudam o telescópio a apontar na direção certa para fazer observações e coletar dados. A NASA tem um plano backup que permitiria ao Hubble continuar operando com apenas um giroscópio, mas não precisou implementar esse procedimento. “A espaçonave está saudável e operacional novamente usando todos os três giroscópios”, disse a NASA.
O Hubble foi lançado em 1990. Ele encontrou alguns problemas técnicos durante sua vida, incluindo um sério defeito no espelho que foi resolvido por uma missão de ônibus espacial em 1993. No final, a NASA realizou cinco missões de manutenção, a última delas em 2009. A NASA não opera mais ônibus espaciais, por isso não pode enviar astronautas para consertar o Hubble quando algo dá errado. A solução de problemas deve ser feita no solo, o que torna o histórico de reparos bem-sucedidos da equipe ainda mais impressionante.
Problemas técnicos e hardware desatualizado não são os únicos desafios que o Hubble enfrenta. A órbita do observatório está a deteriorar-se. “Reiniciar o Hubble para uma órbita mais alta e mais estável poderia acrescentar vários anos de operações à sua vida.” NASA disse em 2022. A agência está estudando opções para estabilizar a órbita do Hubble, incluindo a possibilidade de enviar uma nova missão de serviço usando a espaçonave SpaceX Dragon.
O Telescópio Espacial Hubble é tão antigo que qualquer problema técnico levanta temores sobre o seu eventual desaparecimento. A NASA espera continuar a operar o observatório de 34 anos pelo menos até ao final da década, e talvez mais além. O novo e poderoso Telescópio Espacial James Webb será lançado em 2021, mas não se destina a substituir o Hubble. Em vez disso, os dois observatórios complementam-se e, por vezes, colaboram nas imagens, como quando ambos contribuíram para uma vista deslumbrante de galáxias em forma de “árvore de Natal” em 2023.
O trabalho do Hubble tornou-se icônico, tornou-se famoso Pilares da criação Uma imagem do Hubble Deep Field, uma visão histórica de uma área do céu contendo 1.500 galáxias. O observatório pesquisou por toda parte para documentar os planetas do nosso sistema solar, bem como nebulosas, galáxias e estrelas distantes. Sua missão terminará um dia, mas algumas soluções inteligentes significam que esse dia ainda não chegou.
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