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Quebrando a velocidade da luz: o mistério do túnel quântico

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Quebrando a velocidade da luz: o mistério do túnel quântico

O tunelamento quântico permite que as partículas contornem as barreiras de energia. Foi proposta uma nova maneira de medir o tempo que as partículas levam para tunelar, o que pode desafiar afirmações anteriores sobre velocidades de tunelamento ultraleves. Este método envolve o uso de átomos como relógios para detectar diferenças horárias mínimas. Crédito: SciTechDaily.com

Num fenômeno surpreendente da física quântica conhecido como tunelamento, as partículas parecem se mover mais rápido que a velocidade da luz. No entanto, os físicos de Darmstadt acreditam que o tempo gasto pelas partículas no túnel foi medido incorretamente até agora. Eles propõem uma nova maneira de parar a velocidade das partículas quânticas.

Na física clássica existem leis estritas que não podem ser contornadas. Por exemplo, se uma bola rolante não tiver energia suficiente, ela não será capaz de subir a colina; Em vez disso, irá cair antes de atingir o pico. Na física quântica, este princípio não é totalmente estrito. Aqui, uma partícula pode atravessar uma barreira, mesmo que não tenha energia suficiente para atravessá-la. Ele se comporta como se estivesse deslizando por um túnel, razão pela qual esse fenômeno também é conhecido como “tunelamento quântico”. Longe de ser apenas uma mágica teórica, esse fenômeno tem aplicações práticas, como na operação de drives de memória flash.

Tunelamento quântico e relatividade

No passado, experiências com partículas mais rápidas que a luz atraíram alguma atenção. Afinal, a teoria da relatividade de Einstein proíbe velocidades mais rápidas que a da luz. A questão é, portanto, se o tempo necessário para o tunelamento foi devidamente “pausado” nesses experimentos. Os físicos Patrick Schach e Eno Giese, da Universidade de Darmstadt, seguem uma nova abordagem para determinar o “tempo” de uma partícula em túnel. Eles propuseram agora uma nova maneira de medir esse tempo. Em seu experimento, eles mediram isso de uma forma que acreditam ser mais adequada para a natureza quântica do tunelamento. Eles publicaram seu projeto de experimento na famosa revista Avanço da ciência.

Dualidade onda-partícula e tunelamento quântico

De acordo com a física quântica, pequenas partículas como átomos ou partículas de luz têm uma natureza dupla.

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Dependendo do experimento, eles se comportam como partículas ou como ondas. O tunelamento quântico destaca a natureza ondulatória das partículas. Um “pacote de ondas” rola em direção à barreira, semelhante ao fluxo de água. A altura da onda indica a probabilidade de uma partícula se materializar naquele local se sua posição fosse medida. Se um pacote de ondas atingir uma barreira de energia, parte dele será refletido. Porém, uma pequena porção penetra na barreira e existe uma pequena possibilidade de que a partícula apareça do outro lado da barreira.

Reavaliação da velocidade do túnel

Experimentos anteriores observaram que uma partícula de luz percorreu uma distância maior após o tunelamento do que uma partícula que tinha um caminho livre. Portanto, teria viajado mais rápido que a luz. No entanto, os pesquisadores tiveram que determinar a localização da partícula depois que ela passou. Eles escolheram o ponto mais alto do pacote de ondas.

“Mas a partícula não segue uma trajetória no sentido clássico”, objeta Eno Giese. É impossível determinar exatamente onde uma partícula estava em um determinado momento. Isto torna difícil fazer declarações sobre o tempo necessário para ir de A a B.

Uma nova abordagem para medir o tempo de tunelamento

Por outro lado, Shash Brief é guiado por uma citação de Albert Einstein: “Tempo é o que você lê no relógio”. Eles propõem usar a própria partícula do túnel como um relógio. A segunda partícula não gasta atua como referência. Ao comparar esses dois relógios naturais, é possível determinar se o tempo passa mais devagar, mais rápido ou na mesma velocidade durante o tunelamento quântico.

A natureza ondulatória das partículas facilita esta abordagem. A oscilação das ondas é como a oscilação de um relógio. Especificamente, Schach e Giese propõem o uso de átomos como relógios. Os níveis de energia dos átomos oscilam em certas frequências. Depois de abordar A milho Com um pulso de laser, seus níveis inicialmente oscilam de forma síncrona – o relógio atômico é iniciado. Durante o túnel, o ritmo muda ligeiramente. Um segundo pulso de laser faz com que as duas ondas internas do átomo se sobreponham. A detecção de interferência torna possível medir a distância entre duas ondas de nível de energia, o que por sua vez é uma medição precisa do tempo decorrido.

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Já o segundo átomo, que não é tunelado, serve de referência para medir a diferença de tempo entre cavar túneis e não cavar túneis. Os cálculos dos físicos sugerem que a partícula do túnel aparecerá um pouco mais tarde. “O relógio que foi escavado no túnel é um pouco mais antigo que o outro relógio”, diz Patrick Schach. Isto parece contradizer experiências que atribuíram a velocidade da luz à construção de túneis.

O desafio de implementar o experimento

Em princípio, o teste poderia ser feito usando a tecnologia atual, diz Schach, mas representa um enorme desafio para os experimentos. Isso ocorre porque a diferença de tempo a ser medida é de apenas cerca de 10-26 Segundos – um tempo muito curto. O físico explica que ajuda usar nuvens de átomos como relógios em vez de átomos individuais. Também é possível amplificar o efeito, por exemplo, aumentando artificialmente as frequências do clock.

“Atualmente estamos discutindo essa ideia com nossos colegas experimentais e em contato com nossos parceiros de projeto”, acrescenta Gizzi. É muito provável que a equipe decida em breve realizar este experimento emocionante.

Referência: “Teoria unificada dos tempos dos túneis promovida pelos relógios Ramsey” por Patrick Schach e Eno Giese, 19 de abril de 2024, Avanço da ciência.
doi: 10.1126/sciadv.adl6078

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O céu de verão próximo apresenta Perseidas, uma lua azul, planetas e a Via Láctea

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As noites de verão são as mais curtas, mas também as mais quentes, o que as torna especialmente atraentes para observar o céu. Os próximos meses apresentam a melhor chuva de meteoros do ano em agosto, o retorno de vários planetas e um eclipse lunar parcial antes do final da temporada.

Aqui estão cinco coisas para ficar de olho enquanto você estiver ao ar livre nas próximas noites amenas de verão…

Chuva de meteoros Perseidas – 11 e 12 de agosto

Na minha experiência, o destaque de cada verão é a chuva anual de meteoros Perseidas, que atinge seu pico nas noites de 11 e 12 de agosto deste ano. Este é consistentemente o melhor show de meteoros do ano, e o fato de geralmente ocorrer em noites amenas o torna um dos mais confortáveis ​​de assistir.

Nesta altura, todos os anos, a Terra passa por fluxos de detritos de partículas que se espalham pelo caminho do cometa periódico Swift-Tuttle, que orbita o Sol numa trajetória longa e repetitiva a cada 133 anos. Descoberto em julho de 1862 pelos astrônomos Lewis Swift e Horace Tuttle, o cometa foi ligado às Perseidas em 1866 pelo astrônomo italiano Giovanni Schiaparelli. Pesquisas subsequentes em registros antigos mencionam o banho pela primeira vez no ano 36.

As Perseidas estão ativas de meados de julho até o final de agosto. Seu nome é derivado do ponto no céu a partir do qual os membros da chuva parecem irradiar na constelação de Perseu, que sobe para o céu do nordeste depois da meia-noite.

Os meteoros Perseidas são rápidos e muitas vezes deixam linhas contínuas de “trens” por alguns segundos depois de brilharem no céu. Um único observador em um local escuro pode esperar ver até 100 meteoros Perseidas no horário de pico na madrugada do dia 12. A lua se porá à 1h, horário local, proporcionando algumas horas de boa escuridão.

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Retorno dos planetas

Já faz muito tempo que não vemos planetas brilhantes decorando nossos céus, mas isso está prestes a mudar. Os observadores do céu no final da noite e no início da manhã terão vários de nossos companheiros rovers do sistema solar para acompanhar.

Durante a maior parte de julho e agosto, a ação acontece no céu da manhã, onde você encontrará Saturno, Marte e Júpiter. Saturno nasce primeiro, atingindo o pico no horizonte sudeste por volta da meia-noite em meados de julho e por volta das 21h em meados de agosto. Saturno atinge a oposição, nascendo ao pôr do sol e se pondo ao nascer do sol em 8 de setembro.

Saturno está se aproximando de um de seus equinócios, que ocorre a cada 15 anos, e seus famosos anéis estão agora inclinados em um ângulo muito pequeno em relação à Terra. Eles aparecerão como duas bifurcações emoldurando o disco do planeta.

Marte vermelho e Júpiter brilhante cumprimentam os madrugadores no crepúsculo da manhã durante todo o mês de julho, mas estarão bem posicionados no céu oriental para serem vistos por pessoas que desejam caçar Perseidas. Na manhã de 14 de agosto, os dois planetas passarão em estreita conjunção, separados por apenas um terço de grau.

Vênus entra em ação em meados de agosto, aparecendo gradualmente no oeste à medida que começa o crepúsculo noturno. À medida que avançamos em Setembro, o deslumbrante planeta irá mover-se gradualmente em frente do Sol. Com o início do outono, ascenderá a uma posição de destaque no céu noturno durante o resto do ano.

Não se esqueça da Via Láctea!

Nosso pano de fundo para observar as estrelas durante todo o verão é a faixa luminosa da Via Láctea estrelada, cujas partes mais brilhantes se arqueiam majestosamente à medida que o verão termina. Este brilho amorfo que você vê em locais no céu escuro é a luz combinada de algumas das centenas de bilhões de estrelas que acompanham nosso Sol em uma grande espiral cósmica.

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Três estrelas brilhantes, Vega, Deneb e Altair, constituem o aglomerado do Triângulo de Verão, que é dividido por algumas das nuvens estelares mais brilhantes da galáxia. Binóculos ou um telescópio pequeno e de baixa potência começarão a quebrar essas nuvens em estrelas e aglomerados individuais, bem como a mostrar as nebulosas de emissão brilhantes.

Haverá quatro luas cheias entre o solstício de verão e o equinócio de outono. Isso ocorrerá no sábado (Lua do Morango), 21 de julho (Lua Cheia do Buck), 19 de agosto (Lua Cheia do Esturjão) e 17 de setembro (Lua da Colheita).

Ter quatro luas cheias em uma estação é incomum; Geralmente existem apenas três. Isso leva a uma definição de “lua azul”, na qual, de acordo com um relato da edição de 1937 do Maine Farmer's Almanac, a terceira lua cheia da estação é chamada de “lua azul”. A definição mais comum é que a segunda lua cheia em um mês é chamada de “lua azul”. Isso aconteceu pela última vez em agosto de 2023.

Eclipse lunar parcial – 18 de setembro

O verão nos traz um último presente antes do equinócio de outono. A lua cheia em 17 de setembro parecerá um pouco estranha, pois a sombra da Terra tocará as regiões polares do norte em um pequeno eclipse lunar parcial. O eclipse intermediário ocorrerá às 22h44 horário do leste dos EUA em Washington, momento em que cerca de 8% da lua ficará obscurecida.

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Um novo estudo revela que a Índia está começando a se dividir em duas partes

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Um novo estudo revela que a Índia está começando a se dividir em duas partes

A Índia está a testemunhar mudanças radicais sob a superfície da Terra, à medida que um novo estudo revelou que a placa continental indiana pode dividir-se em duas partes.

Embora se possa imaginar uma placa tectónica a partir-se em duas partes e a separar-se lateralmente, os cientistas afirmam que a mudança ocorre horizontalmente e que a placa se divide em camadas separadas.

Tem havido muita controvérsia na comunidade científica sobre o que poderia estar por trás da formação do Planalto Tibetano.

Uma nova teoria foi apresentada na conferência da União Geofísica Americana em Dezembro, que afirma que a placa Indiana está a “desintegrar-se” – o que significa que a parte superior das duas secções da placa será responsável pela incrível ascensão do Tibete, enquanto a parte inferior afundará no manto da Terra.

Simon Klemperer, da Universidade de Stanford, e os coautores do estudo derivaram seus argumentos depois de estudar os níveis de hélio encontrados nas fontes tibetanas.

De acordo com a pesquisa do estudo, que ainda não foi revisado por pares e está disponível em Arquivo aberto ESSFoi descoberto um padrão que indica que o manto estava suficientemente próximo da superfície da Terra para que o raro hélio-3 emergisse através de nascentes no norte do Tibete.

No entanto, no sul do Tibete, o hélio-4, mais abundante, é mais evidente, indicando que a placa ainda não se dividiu ali.

Conversando com Revista CiênciaO professor de van Hinsbergen, da Universidade de Utrecht, falou sobre este conceito. “Não sabíamos que os continentes poderiam comportar-se desta forma, e isto é fundamental para uma ciência sólida da Terra”, disse van Hinsbergen, que não é autor do estudo.

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NASA adia indefinidamente o retorno do Starliner para revisar dados de propulsão

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NASA adia indefinidamente o retorno do Starliner para revisar dados de propulsão
Mais Zoom / A cápsula Starliner da Boeing decola no foguete Atlas V da United Launch Alliance.

Em uma atualização divulgada na noite de sexta-feira, a NASA disse que estava “ajustando” a data de retorno da espaçonave Starliner à Terra de 26 de junho para um horário não especificado em julho.

Este anúncio ocorreu após dois dias de longas reuniões para avaliar a prontidão da espaçonave, desenvolvida pela Boeing, para transportar os astronautas da NASA Butch Wilmore e Sonny Williams para a Terra. Segundo fontes, estas reuniões incluíram a participação de alto nível dos líderes seniores da agência, incluindo o administrador assistente Jim Frey.

Este “teste de voo da tripulação”, lançado em 5 de junho a bordo de um foguete Atlas V, estava originalmente programado para se separar e retornar à Terra em 14 de junho. Porém, engenheiros da NASA e da Boeing estudaram os dados do problemático voo do veículo até a Estação Espacial Internacional e abriram mão de muitas chances de retorno.

Na noite de sexta-feira, eles fizeram isso novamente, citando a necessidade de dedicar mais tempo à revisão dos dados.

“Nós levamos nosso tempo”

“Demoramos e seguimos nosso processo padrão de equipe de gerenciamento de missão”, disse Steve Stich, gerente do Programa de Tripulação Comercial da NASA. Na atualização da NASA. “Estamos deixando os dados orientarem nossa tomada de decisão em relação ao gerenciamento de pequenos vazamentos no sistema de hélio e ao desempenho de propulsão que observamos durante o encontro e a atracação.”

Há poucos dias, na terça-feira, funcionários da NASA e da Boeing marcaram uma data para o retorno à Terra em 26 de junho. Mas isso foi antes de uma série de reuniões na quinta e sexta-feira, durante as quais os gestores da missão estavam programados para rever as conclusões sobre duas questões importantes relacionadas com o planeta. Nave espacial Starliner: Cinco vazamentos separados no sistema de hélio que pressuriza o sistema de propulsão da Starliner e cinco dos 28 sistemas de propulsão de controle de reação da espaçonave falharam quando a Starliner se aproximou da estação.

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A atualização da NASA não forneceu qualquer informação sobre as deliberações durante estas reuniões, mas é claro que os líderes da agência não poderiam estar satisfeitos com todas as contingências que Wilmore e Williams poderiam encontrar durante o seu regresso à Terra, incluindo a separação segura do espaço. estação, manobrar, realizar uma queima fora da órbita, separar a cápsula da tripulação do módulo de serviço e, em seguida, voar pela atmosfera do planeta antes de pousar sob pára-quedas no deserto do Novo México.

A espaçonave tem limite de 45 dias

Agora, as equipes de engenharia da NASA e da Boeing levarão mais tempo. A NASA considerou 30 de junho como uma possível data de retorno, mas a agência também deseja realizar duas caminhadas espaciais fora da estação, disseram as fontes. Estas caminhadas espaciais, atualmente planeadas para 24 de junho e 2 de julho, irão agora prosseguir. Starliner retornará à Terra algum tempo depois disso, provavelmente não antes do feriado de 4 de julho.

“Estamos usando o tempo adicional estrategicamente para preparar o cenário para algumas atividades importantes da estação, ao mesmo tempo em que concluímos a preparação para o retorno de Butch e Sonny a bordo do Starliner e obtemos informações valiosas sobre as atualizações do sistema que desejamos fazer para missões pós-certificação”, disse Stitch.

Até certo ponto, seria benéfico para a NASA e a Boeing manter o veículo Starliner ancorado na estação espacial por um longo período de tempo. Eles poderão coletar mais dados sobre o desempenho do veículo em missões de longa duração e, eventualmente, o Starliner voará em missões operacionais que permitirão aos astronautas permanecer em órbita por seis meses seguidos.

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No entanto, este veículo foi avaliado para durar apenas 45 dias na estação espacial, e o relógio começou a contar em 6 de junho. Além disso, não é ideal para a NASA sentir a necessidade de continuar a atrasar o veículo para se sentir confortável com o seu desempenho a bordo. Viagem de volta à Terra. Durante duas conferências de imprensa desde que o Starliner atracou na estação, as autoridades geralmente minimizaram a gravidade desses problemas – dizendo repetidamente que o Starliner tem permissão para voltar para casa “em caso de emergência”. Mas eles não explicaram completamente por que ainda não se sentem confortáveis ​​em lançar o Starliner de volta à Terra em circunstâncias normais.

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