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Os físicos do MIT usam a propriedade atômica fundamental para transformar a matéria em invisível
Como átomos ultra-densos e ultra-frios se tornam invisíveis
Um novo estudo confirma que quando os átomos são resfriados e comprimidos ao extremo, sua capacidade de espalhar luz é suprimida.
naquela milhoOs elétrons são organizados em camadas de energia. Como os frequentadores de concertos em uma arena, cada elétron ocupa uma cadeira e não pode descer a um nível inferior se todas as suas cadeiras estiverem ocupadas. Essa propriedade fundamental da física atômica é conhecida como princípio de exclusão de Pauli e explica a estrutura dos envoltórios de átomos, a diversidade da tabela periódica dos elementos e a estabilidade do universo físico.
Atualmente, Com Os físicos observaram o princípio de exclusão de Pauli, ou exclusão de Pauli, de uma maneira inteiramente nova: eles descobrem que o efeito pode bloquear o modo como uma nuvem de átomos espalha a luz.
Normalmente, quando os fótons de luz penetram em uma nuvem de átomos, os fótons e os átomos podem se espalhar como bolas de bilhar, espalhando a luz em todas as direções para irradiar a luz, tornando a nuvem visível. No entanto, a equipe do MIT notou que quando os átomos são super-resfriados e ultra-espremidos, o efeito Pauli entra em ação e as partículas têm menos espaço para espalhar a luz. Em vez disso, os fótons fluem através dele sem serem espalhados.
Os físicos em seus experimentos observaram esse efeito em uma nuvem de átomos de lítio. À medida que ficou mais frio e mais denso, os átomos espalharam menos luz e gradualmente se tornaram mais opacos. Os pesquisadores acreditam que, se puderem pressionar ainda mais as condições, a temperaturas de até zero absoluto, a nuvem ficará completamente invisível.
Os resultados da equipe foram relatados hoje em Ciência, representa a primeira observação do efeito de bloqueio de Pauli na dispersão de luz pelos átomos. Este efeito foi previsto há 30 anos, mas não foi observado até agora.
Wolfgang Ketterle, Professor de Física na John D. “O que observamos é uma forma muito especial e simples de bloqueio de Pauli, que é que ele bloqueia o átomo daquilo que todos os átomos fazem naturalmente: o espalhamento da luz. Esta é a primeira observação clara da existência desse efeito, e ele mostra um novo fenômeno na física. ”
Os co-autores de Ketterle são o autor principal e ex-pós-doutorado do MIT Yair Margalit, o estudante de graduação Yu-kun Lu e o Furkan Top PhD ’20. A equipe pertence ao Departamento de Física do MIT, ao Harvard Center for Ultracold Atoms do MIT e ao Research Electronics Laboratory (RLE) do MIT.
chute leve
Quando Ketterle veio para o MIT como pós-doutorado há 30 anos, seu mentor David Pritchard, Cecil e o professor de física Ida Green, Ida Green, previram que o bloqueio de Pauli iria amortecer a maneira como certos átomos conhecidos como férmions espalham a luz.
Sua ideia, em geral, era que se os átomos estivessem quase totalmente congelados e comprimidos em um espaço estreito o suficiente, os átomos se comportariam como elétrons em camadas de energia compactadas, sem espaço para mudar sua velocidade ou posição. Se fótons de luz fluíssem, eles não seriam capazes de se espalhar.
“Um átomo só pode espalhar um fóton se puder absorver a força de seu chute movendo-se para outra cadeira”, explica Ketterle, citando a analogia de sentar em um anel. “Se todas as outras cadeiras estiverem ocupadas, elas não terão a capacidade de absorver o chute e espalhar o fóton. Portanto, os átomos se tornam transparentes.”
“Esse fenômeno não foi observado antes, porque as pessoas não foram capazes de formar nuvens suficientemente frias e densas”, acrescenta Ketterle.
“Dominação do mundo atômico”
Nos últimos anos, físicos, incluindo os do grupo de Ketterle, desenvolveram técnicas magnéticas baseadas em laser para reduzir os átomos a temperaturas extremamente baixas. Ele diz que o fator limitante era a densidade.
“Se a densidade não for alta o suficiente, o átomo ainda pode espalhar a luz pulando alguns assentos até encontrar algum espaço”, diz Ketterle. “Esse foi o gargalo.”
Em seu novo estudo, ele e seus colegas usaram técnicas desenvolvidas anteriormente para primeiro congelar uma nuvem de férmions – neste caso, um isótopo especial do átomo de lítio, que tem três elétrons, três prótons e três nêutrons. Eles congelam uma nuvem de átomos de lítio a 20 microkelvins, que é cerca de 1/10000 da temperatura do espaço interestelar.
“Nós então usamos um laser altamente focado para comprimir os átomos ultracongelados para registrar densidades de cerca de um quatrilhão de átomos por centímetro cúbico”, explica Lu.
Os pesquisadores então direcionaram outro feixe de laser para a nuvem, calibrando-o cuidadosamente para que seus fótons não aquecessem os átomos muito frios ou mudassem sua intensidade à medida que a luz passava por eles. Finalmente, eles usaram uma lente e uma câmera para capturar e contar os fótons que conseguiram se espalhar.
“Na verdade, estamos contando algumas centenas de fótons, o que é realmente incrível”, diz Margalit. “Um fóton é uma pequena quantidade de luz, mas nossos dispositivos são tão sensíveis que podemos vê-lo como um minúsculo ponto de luz em uma câmera.”
Em temperaturas progressivamente mais baixas e intensidades mais altas, os átomos espalham cada vez menos luz, exatamente como a teoria de Pritchard previa. No seu nível mais frio, em cerca de 20 microkelvin, os átomos eram 38% mais fracos, o que significa que eles espalham 38% menos luz do que átomos mais frios e menos intensos.
“Este sistema de nuvens muito frias e muito densas tem outros efeitos que podem nos enganar”, diz Margalit. “Então, passamos alguns meses analisando esses efeitos e os deixando de lado, para obter a medição mais clara.”
Agora que a equipe percebeu que o bloqueio de Pauli pode realmente afetar a capacidade do átomo de espalhar luz, Ketterle diz que esse conhecimento básico pode ser usado para desenvolver materiais com espalhamento de luz suprimido, por exemplo, para preservar dados em computadores quânticos.
“Quando controlamos o mundo quântico, como nos computadores quânticos, a dispersão de luz é um problema, e isso significa que a informação está vazando de seu computador quântico”, ele reflete. “Esta é uma forma de suprimir a dispersão de luz e contribuímos para a ideia geral de controlar o mundo atômico.”
Referência: “Pauli bloqueando a dispersão de luz em férmions degenerados” por Yair Margalit, Yu-Kun Lo e Furkan Shagri-Top e Wolfgang Ketterle, 18 de novembro de 2021 Disponível aqui. Ciência.
DOI: 10.1126 / science.abi6153
Esta pesquisa foi financiada em parte pela National Science Foundation e pelo Departamento de Defesa. Trabalhos relacionados por equipes da University of Colorado e da University of Otago aparecem na mesma edição de Ciência.
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A evidência indiscutível mais antiga do campo magnético da Terra foi descoberta na Groenlândia
Estudo colaborativo de Universidade de Oxford E Instituto de Tecnologia de Massachusetts A NASA revelou um registo do campo magnético da Gronelândia com 3,7 mil milhões de anos, mostrando que o antigo campo magnético da Terra era tão forte como é hoje, o que é crucial para proteger a vida, protegendo-a da radiação cósmica e solar.
Um novo estudo recuperou um registo do campo magnético da Terra com 3,7 mil milhões de anos, descobrindo que este se parece notavelmente semelhante ao campo que rodeia a Terra hoje. Os resultados foram publicados hoje (24 de abril) na revista Jornal de pesquisa geofísica.
Sem o campo magnético, a vida na Terra não seria possível, pois este nos protege da radiação cósmica prejudicial e das partículas carregadas emitidas pelo Sol (“vento solar”). Mas até agora, não há uma data confiável sobre quando o campo magnético moderno surgiu pela primeira vez.
Exame de rochas antigas
No novo estudo, os pesquisadores examinaram uma antiga sequência de rochas contendo ferro de Isua, na Groenlândia. As partículas de ferro atuam efetivamente como pequenos ímãs que podem registrar a força e a direção do campo magnético à medida que o processo de cristalização as mantém no lugar. Os investigadores descobriram que as rochas que datam de 3,7 mil milhões de anos atrás tinham uma intensidade de campo magnético de pelo menos 15 microtesla, em comparação com o campo magnético moderno (30 microtesla).
Estes resultados fornecem a estimativa mais antiga da força do campo magnético da Terra derivada de amostras de rochas inteiras, o que fornece uma avaliação mais precisa e confiável do que estudos anteriores que usaram cristais individuais.
Insights do estudo
A pesquisadora principal, Professora Claire Nicholls (Departamento de Ciências da Terra, Universidade de Oxford), disse: “Extrair registros confiáveis de rochas desta idade é extremamente difícil, e foi realmente emocionante ver os sinais magnéticos iniciais começando a surgir quando analisamos essas amostras em o laboratório.” . Este é um passo realmente importante à medida que tentamos determinar o papel do antigo campo magnético quando a vida apareceu pela primeira vez na Terra.
Embora a força do campo magnético pareça ter permanecido relativamente constante, sabe-se que o vento solar foi muito mais forte no passado. Isto sugere que a proteção da superfície da Terra contra os ventos solares aumentou ao longo do tempo, o que pode ter permitido que a vida se deslocasse para os continentes e saísse da proteção dos oceanos.
O campo magnético da Terra é criado pela mistura de ferro fundido no núcleo externo do líquido, impulsionado por forças de empuxo enquanto o núcleo interno se solidifica, criando um dínamo. Durante a formação inicial da Terra, o núcleo interno sólido ainda não havia se formado, deixando questões em aberto sobre como o campo magnético inicial foi mantido. Estas novas descobertas sugerem que o mecanismo que impulsionava o dínamo inicial da Terra era igualmente eficiente ao processo de solidificação que gera hoje o campo magnético da Terra.
Compreender como a força do campo magnético da Terra muda ao longo do tempo também é fundamental para determinar quando o núcleo interno sólido da Terra começou a se formar. Isto nos ajudará a entender a rapidez com que o calor escapa do interior profundo da Terra, o que é fundamental para a compreensão de processos como as placas tectônicas.
Efeitos geológicos e meteorológicos
Um dos grandes desafios na reconstrução do campo magnético da Terra até agora é que qualquer evento que provoque o aquecimento das rochas pode alterar os sinais preservados. As rochas na crosta terrestre geralmente têm uma história geológica longa e complexa que apaga informações anteriores do campo magnético. No entanto, o cinturão supracrustal de Isoa tem uma geologia única, pois fica no topo da espessa crosta continental que o protege da atividade tectônica generalizada e da deformação. Isto permitiu aos investigadores construir um conjunto claro de evidências que apoiam a existência de um campo magnético há 3,7 mil milhões de anos.
Os resultados também podem fornecer novos insights sobre o papel do nosso campo magnético na formação da evolução da atmosfera da Terra como a conhecemos, especialmente no que diz respeito ao vazamento de gases da atmosfera. Um fenómeno actualmente inexplicável é a perda de gás xénon que não reagiu da nossa atmosfera há mais de 2,5 mil milhões de anos. O xénon é relativamente pesado e, portanto, é pouco provável que tenha simplesmente saído da nossa atmosfera. Recentemente, os cientistas começaram a investigar a possibilidade de remover partículas carregadas de xenônio da atmosfera por meio de um campo magnético.
No futuro, os investigadores esperam expandir o nosso conhecimento do campo magnético da Terra antes do aparecimento do oxigénio na atmosfera terrestre há cerca de 2,5 mil milhões de anos, examinando outras sequências de rochas antigas no Canadá, Austrália e África do Sul. Uma melhor compreensão da antiga força e variabilidade do campo magnético da Terra nos ajudará a determinar se os campos magnéticos planetários são necessários para hospedar vida na superfície do planeta e o seu papel na evolução da atmosfera.
Referência: “Prováveis Registros Eoarqueanos do Campo Geomagnético Preservados no Cinturão Supracrustal de Isua, Sudoeste da Groenlândia” por Clare I. O. Nicholls, Benjamin B. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson e Daniele J. Czerniak, 24 de abril de 2024, Jornal de Pesquisa Geofísica: Terra Sólida.
doi: 10.1029/2023JB027706
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Vela solar avançada da NASA implantada com sucesso no espaço: ScienceAlert
As velas solares são uma forma misteriosa e majestosa de viajar pelo golfo do espaço. Comparado aos navios à vela do passado, é uma das formas mais eficientes de impulsionar veículos no espaço.
Um foguete RocketLab Electron lançou na terça-feira o novo sistema avançado de vela solar composta da NASA. O objetivo é testar a implantação de grandes velas solares na órbita baixa da Terra, e a NASA confirmou na quarta-feira que implantou com sucesso uma vela de 9 metros.
Em 1886 o automóvel foi inventado. Em 1903, os humanos fizeram o primeiro voo motorizado. Apenas 58 anos depois, os humanos fizeram a sua primeira viagem ao espaço num foguetão. A tecnologia dos foguetes mudou dramaticamente ao longo dos séculos, sim, séculos.
O desenvolvimento do míssil começou no século 13, quando os chineses e os mongóis dispararam flechas de mísseis uns contra os outros. As coisas evoluíram um pouco desde então, e agora temos combustíveis sólidos e líquidos para foguetes, motores iônicos e velas solares com mais tecnologia nas asas.
As velas solares são especialmente importantes porque aproveitam a energia do sol, ou da luz das estrelas, para impulsionar sondas através do espaço. A ideia não é nova: Johannes Kepler (famoso pelo movimento planetário) propôs pela primeira vez que a luz solar poderia ser usada para impulsionar naves espaciais no século XVII em seu trabalho intitulado “Somnium”.
Tivemos que esperar até o século XX para que o cientista russo Konstantin Tsiolkovsky demonstrasse o princípio de como as velas solares realmente funcionam.
Carl Sagan e outros membros da Sociedade Planetária começaram a propor missões utilizando velas solares nas décadas de 1970 e 1980, mas foi só em 2010 que vimos o primeiro veículo prático de vela solar, o IKAROS.
O conceito de velas solares é muito fácil de entender e baseia-se na pressão da luz solar. As velas são inclinadas para que os fótons atinjam e saltem da vela reflexiva para empurrar a espaçonave para frente.
É claro que são necessários muitos fótons para acelerar uma espaçonave usando luz, mas lentamente, com o tempo, torna-se um sistema de propulsão muito eficiente que não requer motores pesados ou tanques de combustível.
Esta redução na massa tornou mais fácil a aceleração das velas solares pela luz solar, mas os tamanhos das velas eram limitados pelos materiais e pela estrutura das retrancas que as sustentavam.
A NASA está trabalhando para resolver o problema com sua tecnologia Solar Sail Boom de próxima geração. Seu avançado sistema de vela solar composta usa um CubeSat projetado pela NanoAvionics para testar a nova estrutura de suporte de lança composta.
Bem-vindo ao orbitador NEONSAT-1 e ao Advanced Composite Solar Sail System da NASA 🌎
Sucesso da nossa 47ª missão de lançamento do Electron 🚀
Obrigado aos nossos parceiros de missão @NASA @NASAAmes E @kaistpr. Temos orgulho de oferecer a você acesso confiável e personalizado ao espaço! pic.twitter.com/2x1nXeVHeU
– Laboratório de Foguetes (@RocketLab) 24 de abril de 2024
Na quarta-feira, 24 de abril, a NASA confirmou que o satélite CubeSat atingiu a órbita baixa da Terra e implantou uma vela de 9 metros. Eles agora estão operando a sonda e concluindo um contrato terrestre. Demorou cerca de 25 minutos para desdobrar a vela de 80 metros quadrados.
Se as condições forem adequadas, poderá ser visível da Terra, talvez rivalizando com Sirius em brilho.
Este artigo foi publicado originalmente por O universo hoje. Leia o Artigo original.
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Carolina do Norte: surto de tosse convulsa confirmado
Autoridades de saúde do condado da Carolina do Norte confirmaram um surto de tosse convulsa na quinta-feira. Andrew Mundheink, do Departamento de Saúde Pública do Condado de Henderson, disse que 27 casos de coqueluche, também conhecida como tosse convulsa, foram relatados no condado de Henderson. As autoridades de saúde dizem que estão trabalhando ativamente para identificar e notificar aqueles que possam ter sido expostos aos casos, disse ele. A maioria dos casos ocorre entre crianças em idade escolar, segundo Mundhink, que disse que os pais e responsáveis são notificados e os indivíduos são contatados diretamente por carta ou telefone. “A tosse convulsa é uma infecção que afeta os brônquios e os pulmões”, disse Mondehink. “O vírus se espalha facilmente quando alguém tosse ou espirra. Os sintomas geralmente aparecem 5 a 10 dias após a exposição, mas às vezes levam até 21 dias. Causa tosse intensa que pode durar semanas ou meses, às vezes levando a crises de tosse ou vômito. .” “A coqueluche pode afetar qualquer pessoa, mas crianças com menos de 12 meses e indivíduos com sistema imunológico enfraquecido correm maior risco de complicações graves e morte.” crianças e adultos, incluindo mulheres grávidas, precisam tomar uma vacina de reforço contra coqueluche chamada “Tdap” para proteger a si mesmos e aos bebês ao seu redor. As pessoas no condado de Henderson que precisam da vacina Tdap podem entrar em contato com seu médico ou ligar para o Departamento de Saúde no número 828. -692-4223 para obter assistência Para obter mais informações sobre a tosse convulsa, visite o site dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC).
Autoridades de saúde do condado da Carolina do Norte confirmaram um surto de tosse convulsa na quinta-feira.
Andrew Mundink com Departamento de Saúde Pública do Condado de HendersonEle disse que 27 casos de coqueluche, também conhecida como tosse convulsa, foram relatados no condado de Henderson.
As autoridades de saúde dizem que estão trabalhando ativamente para identificar e notificar aqueles que possam ter sido expostos aos casos, disse ele.
A maioria dos casos ocorre entre crianças em idade escolar, segundo Mondehink, que disse que os pais, tutores e contactos próximos dos indivíduos são notificados por carta ou telefonema.
“A tosse convulsa é uma infecção que afeta os brônquios e os pulmões”, disse Mondehink. “O vírus se espalha facilmente quando alguém tosse ou espirra. Os sintomas geralmente aparecem 5 a 10 dias após a exposição, mas às vezes levam até 21 dias. Causa tosse intensa que pode durar semanas ou meses, às vezes levando a crises de tosse ou vômito. .
“A tosse convulsa pode afetar qualquer pessoa, mas crianças com menos de 12 meses e indivíduos com sistema imunológico enfraquecido correm maior risco de complicações graves e morte”.
Ele incentivou as famílias a se certificarem de que suas vacinas estão em dia. A proteção contra coqueluche da vacina pediátrica DTaP diminui com o tempo. Crianças mais velhas e adultos, incluindo mulheres grávidas, precisam tomar uma vacina de reforço contra coqueluche chamada Tdap para proteger a si mesmos e aos bebês próximos ou ao seu redor.
As pessoas no condado de Henderson que precisam da vacina Tdap podem entrar em contato com seu médico ou ligar para o Departamento de Saúde pelo telefone 828-692-4223 para obter assistência.
Para mais informações sobre tosse convulsaVisite o site do CDC.
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