A visualização de um artista das complexas correlações magnéticas observadas por físicos usando um simulador quântico pioneiro da Universidade de Kyoto que usa átomos de itérbio é cerca de 3 bilhões de vezes mais fria que o espaço profundo. As diferentes cores representam os seis possíveis estados de spin para cada átomo. O simulador usa até 300.000 átomos, permitindo que os físicos observem diretamente como as partículas interagem em ímãs quânticos cuja complexidade está além do alcance até mesmo dos supercomputadores mais poderosos. Fonte da imagem: Imagem de Ella Maru Studio / Cortesia de K.Hazzard / Rice University
Os férmions mais frios do universo abrem um portal para o mundo quântico altamente simétrico.
Físicos do Japão e dos Estados Unidos usaram átomos cerca de 3 bilhões de vezes mais frios que o espaço interestelar para abrir um portal para o reino inexplorado do magnetismo quântico.
“A menos que uma civilização espacial esteja atualmente realizando experimentos como este, sempre que um experimento desse tipo estiver sendo realizado na Universidade de Kyoto, eles estão produzindo os férmions mais frios do universo”, disse Caden Hazzard, da Rice University, autor da teoria correspondente para um estudo. publicado em 1º de setembro de 2022. , na revista Fermions are not rare particles. They include things like electrons and are one of two types of particles that all matter is made of.”
A research team from Kyoto University, led by study author Yoshiro Takahashi, used lasers to cool its fermions, atoms of ytterbium, within about one-billionth of a degree of absolute zero, the unattainable temperature where all motion stops. That’s about 3 billion times colder than interstellar space, which is still warmed by the afterglow from the Big Bang.
“The payoff of getting this cold is that the physics really changes,” Hazzard said. “The physics starts to become more quantum mechanical, and it lets you see new phenomena.”
Just like electrons and photons, atoms are subject to the laws of quantum dynamics, but their quantum behaviors only become evident when they are cooled within a fraction of a degree of absolute zero. For more than a quarter century, physicists have used laser cooling to investigate the quantum properties of ultracold atoms. Lasers are used to both cool the atoms and restrict their movements to optical lattices. These 1D, 2D, or 3D channels of light can serve as quantum simulators capable of solving complex problems beyond the reach of conventional computers.
Rice University theoretical physicists (from left) Eduardo Ibarra-García-Padilla, Kaden Hazzard and Hao-Tian Wei are collaborating with experimental physicists at Kyoto University in Japan to study unexplored quantum magnets using the universe’s coldest fermions. Credit: Photo by Jeff Fitlow/Rice University
Takahashi’s lab used optical lattices to simulate a Hubbard model, an often-used quantum model created by theoretical physicist John Hubbard in 1963. Physicists use Hubbard models to study the magnetic and superconducting behavior of materials, especially those where interactions between electrons produce collective behavior, somewhat like the collective interactions of cheering sports fans who perform “the wave” in crowded stadiums.
“The thermometer they use in Kyoto is one of the important things provided by our theory,” said Hazzard, associate professor of physics and astronomy and a member of the Rice Quantum Initiative. “Comparing their measurements to our calculations, we can determine the temperature. The record-setting temperature is achieved thanks to fun new physics that has to do with the very high symmetry of the system.”
“Unless an alien civilization is doing experiments like these right now, anytime this experiment is running at Kyoto University it is making the coldest fermions in the universe.” — Kaden Hazzard
The Hubbard model simulated in Kyoto has special symmetry known as SU(N), where SU stands for special unitary group — a mathematical way of describing the symmetry — and N denotes the possible spin states of particles in the model. The greater the value of N, the greater the model’s symmetry and the complexity of magnetic behaviors it describes. Ytterbium atoms have six possible spin states, and the Kyoto simulator is the first to reveal magnetic correlations in an SU(6) Hubbard model, which are impossible to calculate on a computer.
“That’s the real reason to do this experiment,” Hazzard said. “Because we’re dying to know the physics of this SU(N) Hubbard model.”
Study co-author Eduardo Ibarra-García-Padilla is a graduate student in Hazzard’s research group. He said the Hubbard model aims to capture the minimal ingredients to understand why solid materials become metals, insulators, magnets, or superconductors.
“One of the fascinating questions that experiments can explore is the role of symmetry,” Ibarra-García-Padilla said. “To have the capability to engineer it in a laboratory is extraordinary. If we can understand this, it may guide us to making real materials with new, desired properties.”
Takahashi’s team showed it could trap up to 300,000 atoms in its 3D lattice. Accurately calculating the behavior of even a dozen particles in an SU(6) Hubbard model is beyond the reach of the most powerful supercomputers according to Hazzard. The Kyoto experiments offer physicists a chance to learn how these complex quantum systems operate by watching them in action.
Hazzard said the results are a major step in this direction, and include the first observations of particle coordination in an SU(6) Hubbard model.
“Right now this coordination is short-ranged, but as the particles are cooled even further, subtler and more exotic phases of matter can appear,” he said. “One of the interesting things about some of these exotic phases is that they are not ordered in an obvious pattern, and they are also not random. There are correlations, but if you look at two atoms and ask, ‘Are they correlated?’ you won’t see them. They are much more subtle. You can’t look at two or three or even 100 atoms. You kind of have to look at the whole system.”
Physicists don’t yet have tools capable of measuring such behavior in the Kyoto experiment. However, according to Hazzard work is already underway to create the tools, and the Kyoto team’s success will spur those efforts.
“These systems are pretty exotic and special, but the hope is that by studying and understanding them, we can identify the key ingredients that need to be there in real materials,” he said.
Reference: “Observation of antiferromagnetic correlations in an ultracold SU(N) Hubbard model” by Shintaro Taie, Eduardo Ibarra-García-Padilla, Naoki Nishizawa, Yosuke Takasu, Yoshihito Kuno, Hao-Tian Wei, Richard T. Scalettar, Kaden R. A. Hazzard and Yoshiro Takahashi, 1 September 2022, Nature Physics. DOI: 10.1038/s41567-022-01725-6
Study co-authors include Shintaro Taie, Naoki Nishizawa and Yosuke Takasu of Kyoto, Hao-Tian Wei of both Rice and Fudan University in Shanghai, Yoshihito Kuno of the University of Tsukuba in Ibaraki, Japan, and Richard Scalettar of the University of California, Davis.
The research at Rice was supported by the Welch Foundation (C-1872) and the National Science Foundation (1848304).
Os pesquisadores descobriram uma rara partícula de poeira em um meteorito, feita de uma estrela diferente do nosso Sol. Usando tomografia de sonda atômica avançada, eles analisaram a proporção única de isótopos de magnésio da partícula, revelando sua origem em um tipo recentemente identificado de supernova que queima hidrogênio. Esta descoberta fornece insights mais profundos sobre eventos cósmicos e formação de estrelas. Crédito: SciTechDaily.com
Os cientistas descobriram uma partícula de meteorito com uma proporção isotópica de magnésio sem precedentes, sugerindo a sua origem numa supernova que queima hidrogénio.
A pesquisa descobriu uma rara partícula de poeira presa em um antigo meteorito extraterrestre, formado por uma estrela diferente do nosso Sol.
A descoberta foi feita pela autora principal, Dra. Nicole Neville, e colegas durante seus estudos de doutorado na Curtin University, que agora trabalha no Instituto de Ciência Lunar e Planetária em colaboração com… NASACentro Espacial Johnson.
Meteoritos e grãos pré-solares
Os meteoritos são feitos principalmente de material formado em nosso sistema solar e também podem conter pequenas partículas originárias de estrelas que nasceram muito antes do nosso sol.
Evidências de que essas partículas, conhecidas como grãos pré-solares, são restos de outras estrelas foram encontradas através da análise dos diferentes tipos de elementos encontrados dentro delas.
Técnicas analíticas inovadoras
Dr. Neville usou uma técnica chamada milho Sonda de tomografia para analisar partículas, reconstruir a química em nível atômico e acessar as informações ocultas nelas.
Dr Neville disse: “Essas partículas são como cápsulas do tempo celestiais, fornecendo um instantâneo da vida de sua estrela-mãe”.
“Os materiais criados no nosso sistema solar têm proporções previsíveis de isótopos – diferentes tipos de elementos com diferentes números de nêutrons. A partícula que analisamos tem uma proporção de isótopos de magnésio que é diferente de qualquer coisa no nosso sistema solar.
“Os resultados foram literalmente fora dos gráficos. A proporção isotópica mais extrema para o magnésio de estudos anteriores de grãos pré-solares foi de cerca de 1.200. O grão em nosso estudo tem um valor de 3.025, o valor mais alto já descoberto.
“Esta razão isotópica excepcionalmente elevada só pode ser explicada pela formação num tipo de estrela recentemente descoberto – uma supernova que queima hidrogénio.”
Avanços na astrofísica
O coautor, Dr. David Saxey, do Centro John D. Laiter em Curtin, disse: “A pesquisa abre novos horizontes na forma como entendemos o universo, ultrapassando os limites das técnicas analíticas e dos modelos astrofísicos.
“A sonda atômica nos deu todo um nível de detalhe que não conseguimos acessar em estudos anteriores”, disse o Dr. Saksi.
“Uma supernova que queima hidrogênio é um tipo de estrela que só foi descoberta recentemente, mais ou menos na mesma época em que estávamos analisando a minúscula partícula de poeira. Usar uma sonda atômica neste estudo nos dá um novo nível de detalhe que nos ajuda a entender como essas estrelas forma.”
Vinculando resultados de laboratório a fenômenos cósmicos
O co-autor, Professor Phil Bland, da Curtin School of Earth and Planetary Sciences, disse: “Novas descobertas do estudo de partículas raras em meteoritos permitem-nos obter informações sobre eventos cósmicos fora do nosso sistema solar.
“É simplesmente incrível poder correlacionar medições em escala atômica em laboratório com um tipo de estrela recentemente descoberto.”
Pesquisa intitulada “Elemento atômico e investigação isotópica 25Poeira estelar rica em magnésio de supernovas que queimam H. Foi publicado em Jornal Astrofísico.
Referência: “Elemento em escala atômica e investigação isotópica 25“Poeira estelar rica em Mg de uma supernova que queima H”, por N. D. Nevill, P. A. Bland, D. W. Saxey, W. D. A. Rickard e P. Guagliardo, NE Timms, LV Forman e L. Daly e SM Reddy, 28 de março de 2024, Jornal Astrofísico. doi: 10.3847/1538-4357/ad2996
As preocupações sobre a doença debilitante crônica aumentaram depois que surgiu um relato de caso de dois caçadores que desenvolveram distúrbios neurológicos e morreram após comerem carne de veado de um grupo de cervos que pode ter sido infectado com a “doença dos cervos zumbis”.
o Relatório sobre pescadores Quem morreu em 2022, e que foi apresentado no início de abril na reunião anual da Academia Americana de Neurologia, não foi comprovada a transmissão da infecção. Doença debilitante crônica (CWD) de cervos a humanos, escrevem pesquisadores do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas, em San Antonio.
No entanto, o caso “ressalta a necessidade de uma investigação mais aprofundada sobre os riscos potenciais do consumo de cervos infectados com CWD e suas implicações para a saúde pública”, escreveram os pesquisadores.
Não houve casos de CWD em pessoas relatadas até o momento, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças. Mas estudos anteriores levantaram preocupações de que a CWD poderia “representar um risco para as pessoas”. Direção-Geral da Saúde “, sugerindo que “é importante prevenir a exposição humana à CWD”.
Aqui está o que você deve saber sobre as mortes de caçadores furtivos e a resposta do CDC ao relatório.
Ele assiste:Uma ursa esperta salva a vida de seu filhote depois que ele caiu de uma ponte em um rio
CDC: A carne de veado não causou doenças ou morte em caçadores
Para o relatório de 2022, a agência concordou com os investigadores “que há uma necessidade de uma investigação cuidadosa da doença debilitante crónica (CWD) como um risco potencial para a saúde das pessoas”, disse o epidemiologista do CDC, Ryan Maddox, numa declaração ao USA TODAY.
Mas ele disse que o CDC revisou os casos de 2.022 e considerou as mortes dos dois homens “parte do número normal de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob que vemos nos Estados Unidos”.
Os homens morreram após contrair a doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), que, tal como a CWD, é uma doença priónica, uma classe de distúrbios neurológicos fatais, que pode afectar humanos e animais, geralmente progride rapidamente e é quase sempre fatal. em Doenças príonAlgumas proteínas no cérebro começam a dobrar-se de forma anormal, causando danos cerebrais e outros sintomas, afirma o Centro de Controle e Prevenção de Doenças (CDC).
“Um histórico de caça e/ou consumo de carne de veado não significa que alguém contraiu a doença de Creutzfeldt-Jakob dessa forma”, disse Maddox. “Muitos americanos caçam e comem carne de veado. Alguns podem desenvolver a doença de Creutzfeldt-Jakob de forma intermitente por acidente e outros não.”
O que é doença debilitante crônica?
Doença debilitante crônica (CWD), em cervos, alces e outros animais, resulta em perda de peso, falta de coordenação, tropeços, letargia, perda de peso, baba e falta de medo das pessoas, daí o termo “Doença do cervo zumbi.”
Foi identificado pela primeira vez em cervos em cativeiro em um centro de pesquisa no Colorado no final dos anos 1960. CWD apareceu em cervos selvagens em 1981, e desde então foram relatados em cervos, alces e alces em 33 estados, de acordo com Pesquisa Geológica dos EUA.
Os cientistas estavam preocupados com a CWD porque a doença da vaca louca, ou encefalopatia espongiforme bovina, atingiu os humanos no Reino Unido na década de 1990.
“Sabemos que as doenças por príons podem ser transmitidas de animais para humanos, como vimos no caso da doença das vacas loucas”, disse Maddox. “Estão em andamento estudos para avaliar se a CWD pode representar um risco para as pessoas. O aumento no número anual de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob nos Estados Unidos pode ser explicado pelo envelhecimento da população, melhoria da vigilância e melhores testes”.
Ele disse que alguns aspectos dos casos dos pescadores apontam para a clássica doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), em vez de um distúrbio neurológico mais recente causado pela CWD.
As doenças por príons geralmente levam muitos anos para causar sintomas nas pessoas. “Os homens morreram da doença de Creutzfeldt-Jakob antes ou na mesma época em que a CWD foi encontrada na área onde caçavam, o que não deixou tempo para um longo período de incubação”, disse Maddox.
Suas idades, sintomas e alterações cerebrais “eram consistentes com o que normalmente vemos na doença clássica esporádica de Creutzfeldt-Jakob não atribuível à CWD”, disse ele. Quando a variante da doença de Creutzfeldt-Jakob apareceu como resultado da “doença da vaca louca”, os infectados eram mais jovens e apresentavam sintomas diferentes, disse Maddox.
Os estudos atuais não mostram um aumento nas taxas da doença de Creutzfeldt-Jakob em caçadores do Colorado. “Os resultados até agora são tranquilizadores”, disse ele. “O número de casos da doença de Creutzfeldt-Jakob ou de outras doenças priónicas nesta população caçadora não foi superior ao que esperaríamos na população em geral.”
Doença debilitante crônica: dicas para reduzir riscos ao caçar cervos e alces
Não atire, manuseie ou coma carne de veado ou alce que pareça doente ou esteja agindo de forma estranha. Da mesma forma, não manuseie ou coma animais atropelados.
Use luvas de látex ou látex ao vestir o animal ou manusear a carne. Não use facas domésticas ou outros utensílios de cozinha para preparar o campo.
Evite manusear órgãos de animais, especialmente tecido cerebral ou medula espinhal.
Verifique as diretrizes estaduais de vida selvagem e saúde pública para ver se o teste CWD para animais é recomendado ou exigido onde você caça.
Considere cuidadosamente testar seu cervo ou alce para CWD antes de comer a carne. Se o teste do seu animal for positivo para CWD, não coma a carne desse animal.
Se você tiver um cervo ou alce processado comercialmente, considere solicitar que seu animal seja processado individualmente para evitar misturar carne de vários animais.
Os cientistas estão se concentrando na detecção de sulfeto de dimetila (DMS) em sua atmosfera.
O Telescópio Espacial James Webb (JWST), o telescópio mais poderoso já lançado, está pronto para iniciar uma missão de observação crucial na busca por vida extraterrestre.
Como reportado vezes, O telescópio irá focar-se num planeta distante que orbita uma estrela anã vermelha, K2-18b, localizada a 124 anos-luz de distância.
K2-18b chamou a atenção dos cientistas devido à sua capacidade de abrigar vida. Acredita-se que seja um mundo coberto por oceanos e cerca de 2,6 vezes maior que a Terra.
O elemento-chave que os cientistas procuram é o sulfeto de dimetila (DMS), um gás com uma propriedade notável. Segundo a NASA, o DMS é produzido na Terra apenas pela vida, principalmente pelo fitoplâncton marinho.
A presença de DMS na atmosfera de K2-18b seria uma descoberta importante, embora o Dr. Niku Madhusudan, astrofísico principal do estudo de Cambridge, acautele contra tirar conclusões precipitadas. Embora os dados preliminares do Telescópio Espacial James Webb indiquem uma alta probabilidade (mais de 50%) da presença do DMS, são necessárias análises mais aprofundadas. O telescópio dedicará oito horas de observação na sexta-feira, seguidas de meses de processamento de dados antes de chegar a uma resposta definitiva.
A falta de um processo natural, geológico ou químico conhecido para gerar DMS na ausência de vida acrescenta peso à excitação. No entanto, mesmo que isto se confirme, a enorme distância entre o K2-18b representa um obstáculo tecnológico. Viajando à velocidade da sonda Voyager (38.000 mph), a sonda levaria 2,2 milhões de anos para chegar ao planeta.
Apesar da sua enorme distância, a capacidade do Telescópio Espacial James Webb de analisar a composição química da atmosfera de um planeta através da análise espectroscópica da luz estelar filtrada através das suas nuvens fornece uma nova janela para a possibilidade de vida extraterrestre. Esta missão tem o potencial de responder à antiga questão de saber se estamos realmente sozinhos no universo.
As próximas observações também visam esclarecer a presença de metano e dióxido de carbono na atmosfera do K2-18b, potencialmente resolvendo o “problema da falta de metano” que tem intrigado os cientistas há mais de uma década. Embora o trabalho teórico sobre fontes não biológicas do gás prossiga, as conclusões finais são esperadas nos próximos quatro a seis meses.
