Construir uma balsa com seus próprios corpos é a solução que as formigas-de-fogo (Solenopsis invicta) habitantes das planícies alagadas da Argentina encontraram para sobreviverem a constantes enchentes. Meros 3 minutos é o tempo que um grupo de 8 mil dessas formigas leva para criar uma balsa viva, capaz de flutuar por meses até achar terra firme.
As formigas fluem como um líquido vivo (veja o vídeo abaixo), descobriu um grupo de engenheiros do Instituto de Tecnologia da Georgia, EUA, que estuda esses insetos em busca de inspiração para construir minirrobôs. Em laboratório, eles observaram o comportamento coletivo das formigas ao criarem as balsas, bem como congelaram as estruturas em nitrogênio líquido para examiná-las por microscopia eletrônica.
A balsa é formada pelos corpos das formigas agarrando e mordendo umas as outras. O exoesqueleto dos insetos é coberto com uma camada de cera que repele a água. Assim, a balsa flutua pela força de repulsão entre a tapeçaria feita de formigas e a tensão superficial da água. A balsa também flutua com ajuda de bolhas de ar entre os corpos, que permitem ainda que cada formiga possa respirar. Não é incrível?
Soube via Not Exactly Rocket Science e Inside Science News Service. A pesquisa foi publicada em artigo na edição desta semana da revista PNAS.
Crédito da imagem: Nathan Mlot
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Partículas elementares: Quando alguma coisa pode ser nada, e nada pode ser alguma coisa
Publicado 21 de abr de 2011
Escrito por universofisico
Discussão 5 Comentários
Categorias universo quântico
Nas últimas semanas, três experimentos diferentes com partículas elementares causaram sensação divulgando análises de seus resultados, dois deles com direito a destaque no New York Times. De longe o mais popular de todos foi a notícia de que físicos do Fermilab, nos EUA, acreditam que uma anomalia em seus dados pode ser uma nova e revolucionária força da natureza, mas também pode ser… nada. Já a segunda notícia destacada no NYT, foi a de que os pesquisadores envolvidos na procura mais sensível feita em busca das partículas que formariam a misteriosa matéria escura anunciaram ter encontrado… nada. E a terceira notícia, que até onde vi apareceu apenas na Wired e no blog do David Harris, foi a de que o maior detector de neutrinos do mundo, o único capaz de detectar essas partículas vindas das explosões mais poderosas do universo, achou… nada.
Geralmente é frustrante noticiar que nada foi descoberto. Talvez por isso o público e a imprensa tenham vibrado tanto com o anúncio do Fermilab, mesmo que as chances de que a descoberta tenha algum significado sejam muito pequenas, enquanto os dois outros resultados, embora nulos, tenham mais chance de serem confirmados, especialmente a notícia que passou desapercebida pelo NYT.
Senão, vejamos um resumo de cada uma delas.
***
Nova física ou só uma flutuação estatística?
Físicos analisaram 10 mil colisões entre prótons e antiprótons registradas pelo detector CDF, do acelerador de partículas Tevatron, do Fermilab, nos EUA, que resultaram em uma partícula pesada conhecida como bóson W e dois jatos de quarks. A teoria mais aceita para as partículas elementares, o chamado Modelo Padrão, prevê que quanto maior a energia dos jatos, menos deles devem aparecer, isto é, o número de jatos detectados deve cair com a energia. Mas em torno da energia de 145 gigaeletrovolts parece haver um sutil pico de eventos (marcado em azul nos dados do gráfico acima, extraido do artigo original pelo blog Cosmic Variance), sugerindo que jatos extras foram produzidos.
Em 250 dessas colisões, os autores da análise acreditam que os jatos de quarks podem ter sido produzidos por uma nova partícula subatômica pesada, criada por uma nova força fundamental da natureza, além das quatro conhecidas. A tal força, segundo a análise, poderia ser explicada por uma velha teoria alternativa a do bóson de Higgs para explicar a massa de todas as partículas, conhecida como tecnicolor. Em vez de interagirem com o hipotético campo de Higgs, as partículas ganhariam suas massas interagindo com os “tecniquarks” do campo tecnicolor.
Seria a descoberta de física de partículas mais surpreendente das últimas décadas, exceto que é bem provável que seja apenas uma flutuação estatística. A chance é de uma em mil, ou “um intervalo de confiança de 3 sigma” no jargão dos físicos experimentais. Pode parecer pequena, mas nas investigações do resultado de colisões subatômicas, todo cuidado é pouco. Existem zilhões de maneiras de se cometer erros no experimento, há muito ruído de fundo, além do que, dada a natureza probabilística da mecânica quântica há margem para os resultados variarem e, vez ou outra, essas flutuações podem ser grandes o bastante para serem confundidas com o sinal de uma nova partícula. Sinais estranhos de “3 sigma” como esse já foram vistos e depois descartados. Por isso, o padrão oficial para se levar a sério um sinal desses é que a chance dele ser uma flutuação estatística seja de 1 em um milhão, ou “um intervalo de confiança de 5 sigmas”. A equipe do outro detector do Tevatron, o DZero deve divulgar as suas análises de dados parecidos nas próximas semanas. E logo os detectores do LHC devem confirmar ou descartar o achado (há rumores de que um dos detectores do LHC, o ATLAS analisou colisões parecidas e não viu nada…)
(Fontes adicionais: LA Times, New Scientist, Boing Boing)
***
Nada de matéria escura, por enquanto
Para explicar o movimento das galáxias e a evolução do Universo, a maioria dos físicos acredita que 80% da matéria do Universo seja um gás rarefeito, sentido pelo resto do cosmo na maior parte do tempo apenas pela sua força gravitacional. Essa chamada matéria escura seria feita de partículas conhecidas por WIMPS (da sigla em inglês para partículas massivas fracamente interagentes).
Considerado o maior e mais sensível detector de matéria escura, o experimento XENON 100 é um tanque cheio com 62 quilogramas de xenônio líquido no laboratório subterrâneo na montanha de Gran Sasso, na Itália, embaixo de 1400 metros de rocha, para evitar que raios cósmicos normais interfiram com o experimento. Se os WIMPS existem, há uma chance de que alguns deles atinjam os núcleos de xenônio do experimento, os fazendo ionizar e emitir luz que seria captada pelos detectores do XENON 100.
A física Elena Aprile, da Universidade de Columbia, EUA, e seus colaboradores, publicaram online um paper submetido ao Physical Review Letters, com a análise de 100 dias de busca do XENON100, entre janeiro e junho de 2010. Encontraram 3 eventos candidatos, mas a chance de que esses sejam provocados pela interferência da radiação ambiente na eletrônica do equipamento é muito alta. Cautelosos, os pesquisadores afirmam portanto que não encontraram matéria escura nenhuma.
Isso não quer dizer que a matéria escura não existe, mas apenas que ela é mais difícil de se detectar do que se imaginava. O resultado implica que a matéria escura interage cinco vezes menos com a matéria normal do que se acreditava. Isso significa que, se as partículas de matéria escura realmente existem, então serão precisos detectores ainda maiores que os atuais para encontrá-las. O XENON100 deve passar por uma ampliação de uma tonelada a mais de xenônio que vai torná-lo 100 vezes mais sensível.
Os resultados contradizem o de outros experimentos parecidos, mas menores – o italiano DAMA e o norte-americano CoGeNT – cujos pesquisadores afirmavam ter encontrado evidências de WIMPS. O físico Juan Collar, do CoGeNT, disse a revista Nature que desconfia de erros na metodologia do XENON100 e espera examinar os resultados com mais cuidado.
(Fontes adicionais: Science News, Physics World, S
cienceNow)
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Nada de neutrinos vindos de GRBs (por enquanto ?)
Explosões de raios gama (GRB, em inglês) são os eventos mais luminosos do universo, durando poucos segundos e que todo dia são detectadas aqui na Terra. As teorias mais aceitas para a sua origem são a explosão de estrelas gigantes ou a colisão de estrelas de nêutrons ou buracos negros. Essas explosões acelerariam elétrons, que por sua vez emitiram raios gama. Também acelerariam prótons que seriam a fonte dos raios cósmicos mais energéticos observados na Terra, alguns 100 milhões de vezes mais energéticos que as partículas produzidas no LHC. Antes de saírem da zona da explosão, esses prótons interagiriam com os raios gama, gerando neutrinos energéticos que seriam em princípio detectáveis aqui na Terra.
Neutrinos são extremamente difíceis de detectar, porém. Quase não têm massa e interagem muito pouco com a matéria normal, pois são imunes à força eletromagnética e a força nuclear forte. Eles são produzidos em reatores nucleares, no interior da Terra, no Sol e em outros fenômenos astrofísicos, e a imensa maioria deles nos atravessa em linha reta, sem deixar vestígio. Mas eles são muitos, felizmente, e um ou outro colide com um núcleo atômico de vez em quando.
O IceCube, que foi terminado em dezembro de 2010, é o maior detector de neutrinos já construído. É uma rede cúbica quilométrica de 5160 fotodetetores enterrados a uma profundidade entre 1,5 e 2,5 quilômetros no gelo da Antártica, bem próximo ao polo Sul. Ocasionalmente, um neutrino colide com um dos átomos do gelo e cria uma partícula carregada, o múon, que emite luz à medida que se move no gelo, captada pelos foto detectores.
Em artigo publicado na Physical Review Letters, a equipe do IceCube descreve como comparou 13 meses de seus dados coletados com metade de sua rede com observações de 117 GRBs observados durante o período por telescópios espaciais. De acordo com a teoria, o IceCube esperava detectar pelo menos 3 neutrinos. Mas nenhum neutrino foi detectado dentro de meia hora depois de cada GRB, e mesmo depois desse intervalo de tempo, nenhum dos neutrinos detectado tinha a energia esperada.
Isso significa que os modelos para GRB estão errados? O IceCube está apenas começando a funcionar com sua rede completa. Se o experimento continuar não observando esses neutrinos nos próximos dois anos, a coisa vai ficar feia para o lado dos teóricos…
(Fonte adicional: Physics)
***
[P.S. : Neutrinos, aliás, tem uma história de balançar as bases de nossas teorias sobre o Universo, como você pode conferir neste texto em inglês bem divertido de Ann Finkbeiner. A autora chama atenção para outro mistério atual envolvendo essas partículas: o sumiço de antineutrinos em reatores nucleares podem ser um sinal de que existe um tipo a mais de de neutrino além do Modelo Padrão. ]
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“Cana-de-açucar vai resfriar clima do Brasil” – Ou da frigideira para o fogo
Publicado 19 de abr de 2011
Escrito por universofisico
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Categorias universo paralelo
“Plantar cana-de-açucar pode ajudar a esfriar o Brasil”. Levei um susto ontem quando li esse título infeliz no site da New Scientist, noticiando um estudo, cujo o próprio título não tem nada de senscionalista, que, informa o site G1, concluiu que
“quando a vegetação original foi substituída por plantações e pastagens, a temperatura subiu em média 1,55 °C. Contudo, quando estes foram substituídos pela cana-de-açúcar, a temperatura caiu em 0,93°C, em média. As medições foram feitas na Região Centro-Oeste do Brasil, onde a vegetação nativa predominante é o cerrado.“LINK
Notem que a cana dimunui a temperatura em relação a outras plantações e pastagens, mas não em relação ao bom e velho cerrado, como ressalta a matéria na edição de hoje da Folha:
“Tudo isso não significa, porém, que se deva sair por aí derrubando árvores e florestas e colocando um monte de cana-de-açúcar no lugar. Os autores da pesquisa, publicada na última edição da revista “Nature Climate Change”, alertam que a cana não substitui a boa e velha mata nativa.” LINK.
O próprio texto da New Scientist alerta, mas só no finalzinho:
“Timothy Searchinger da Universidade de Princeton diz que [a expansão da cana e a consequente expansão das demais culturas] pode levar ao corte de mais cerrado para plantar comida, de modo que as temperaturas locais subiriam, e não cairiam.”
Enfim, só enfatizando que essas culturas precisam ser planejadas para manter uma boa porção de cerrado em pé, se não quisermos viver em um inferno onde até uma plantação de cana é relativamente fresquinha.
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Como arremessar um buraco negro para fora da galáxia
Publicado 18 de abr de 2011
Escrito por universofisico
Discussão 4 Comentários
Categorias universo astronômico
Você viu um buraco negro voando por ai? Eu também não, mas em 2008, astrofísicos do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemanha, afirmaram observar os raios X emitidos pelo gás quente em volta de um imenso buraco negro com 100 milhões de vezes a massa do Sol, que teria sido arremessado para fora de sua galáxia, viajando a uma velocidade de 2650 km/s. O que teria catapultado esse monstro no espaço intergaláctico?
Curiosamente, um buraco negro voando feito bala perdida foi o que previu uma simulação por computador feita em 2007 por uma equipe liderada pela física Manuela Campanelli, da Universidade do Texas, em Brownsville, EUA. Durante o choque entre duas galáxias, os dois buracos negros no centro de cada uma delas podem colidir e se fundir, formando um buraco negro maior. Durante sua colisão, os buracos negros desprendem parte de sua energia na forma de violentas oscilações na gravidade ao seu redor (veja neste vídeo da Nasa, uma ilustração delas). Foram essas ondas gravitacionais que Campanelli e seus colegas calcularam. Eles descobriram que, dependendo de como os buracos estiverem alinhados logo antes de colidirem, as ondas gravitacionais da colisão podem se concentrar todas de um lado só do buraco negro recém criado. Como em um gigantesco foguete, pela lei da ação e reação as ondas gravitacionais propulsionam o buraco negro para o lado oposto.
A simulação mostrou que o efeito existe, mas ninguém entendeu muito bem porque as ondas gravitacionais se concentravam de um lado só. Agora, outra equipe de físicos coordenada por Robert Owen, da Universidade de Cornell, EUA, desenvolveu uma nova técnica para visualizar as complicadas ondulações gravitacionais, ajudando os pesquisadores a ganharem uma intuição do que acontece durante a colisão de buracos negros.
A técnica lembra o jeito de se visualizar campos elétricos e magnéticos, por meio de linhas desenhadas no espaço que descrevem a intensidade desses campos. De maneira semelhante, os físicos descobriram que podem visualizar melhor as ondas gravitacionais desenhando dois conjuntos diferentes de linhas. Uma delas, as chamadas linhas de tendicidade (“tendex lines” em inglês), descrevem como a gravidade estica ou comprime os objetos em qualquer ponto do espaço. Já as linhas de vorticidade (“vortex lines”), indicam em cada ponto como a gravidade pode torcer um objeto feito uma toalha.
Figura – Acima, linhas de tendicidade de um buraco negro, representam como a gravidade estica e comprime em cada ponto do espaço. Abaixo, as linhas de vorticidade de um buraco negro girando, representam como agravidade pode torcer obejtosem cada ponto do espaço. Crédito: Caltech/Cornell SXS Collaboration.
Calculando as linhas geradas por dois buracos negros como na simulação de Campanelli, Owen e seus colegas descobriram que o par colidindo gera espirais de rolos de linhas de tendicidade e vorticidade. De um lado do buraco resultante da fusão, a influência das espirais uma na outra se cancela, enquanto se soma do outro lado, produzindo só ali as ondas gravitacionais.
A nova técnica ainda facilita o cálculo da frentes dessas ondas, que se espera um dia serem detectadas diretamente, por instrumentos como o LIGO, nos EUA.
Encontrar novos jeitos de visualizar a curvatura do espaço e do tempo pela gravidade sempre foi o forte de um dos envolvidos nessa pesquisa, o renomado físico Kip Thorne, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). “Nunca antes fui coautor de um artigo onde essencialmente tudo é novo”, disse Thorne em um press release. Ele e seus colegas esperam que as linhas de tendicidade e vorticidade sirvam para entender melhor muitos outros problemas em aberto de buracos negros e de cosmologia.
Figura mais acima: concepção artística de buraco negro ejetado de galáxia. Crédito: MPE/HST-Archive.
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Energia solar sem painéis solares, apenas com vidro
Publicado 15 de abr de 2011
Escrito por universofisico
Discussão 2 Comentários
Categorias universo material
Extrair energia da luz do Sol de forma barata, sem usar os caros materiais semicondutores dos painéis solares atuais pode ser possível graças a um novo fenômeno ótico, descoberto por dois físicos da Universidade de Michigan, EUA. William Fisher e Stephen Rand descobriram que um feixe de luz intenso o suficiente atravessando um meio transparente e não condutor de eletricidade, como o vidro por exemplo, pode separar as cargas elétricas positivas das negativas do material, o transformando em uma bateria pronta para fornecer eletricidade.
Pensava-se que essa separação de cargas induzida pelo campo magnético da luz fosse fraca demais, mas Fisher e Rand mostraram que em certas condições ela pode ser 100 milhões de vezes mais intensa que o normal (Rand fala sobre essa “ressonância paramétrica” em neste artigo para físicos, em PDF).
Os painéis solares geram eletricidade quando as partículas de luz atingem os elétrons de um material semicondutor a base de silício. Fabricar semicondutores envolve processos caros e sofisticados, como “dopar” o silício com “impurezas”, produzir uma junção p-n, etc. Por outro lado, uma futura “bateria ótica” poderia ser alimentada por uma lente que concentrasse a luz solar, tudo feito do simples e barato vidro.
Vale lembrar, porém, que entre demonstrar a existência de um efeito e fabricar um protótipo existe um longo caminho…
Fontes:
Universidade de Michigan (soube via @physicsdavid)
Journal of Applied Physics
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O cosmo em miniatura – jatos de estrelas e até o big bang em laboratório
Publicado 15 de abr de 2011
Escrito por universofisico
Discussão 3 Comentários
Categorias universo astronômico
Acho fascinantes as experiências em laboratório que conseguem produzir imitações em miniatura de fenômenos cósmicos. Em 2009, escrevi sobre gotas levitando que lembram planetas-anões. E minha dissertação de mestrado, de 2004, tinha a ver com ondas na superfície de tanques d’água que se parecem com a radiação que se acredita seja emitida por buracos negros – uma experiência finalmente realizada ano passado.
Esta semana apareceram mais dois exemplos curiosos. Igor Smolyaninov e Yu-Ju Hung, ambos da Universidade de Maryland, EUA, criaram um simulacro do Big Bang – mais precisamente, de como acontece a expansão do Universo. Eles fizeram isso com um material feito de camadas de acrílico e ouro, pelo qual fizeram passar um feixe laser que produzia ondas de elétrons livres (manchas verdes na imagem acima). Eles projetaram as propriedades ópticas do material de tal forma que as equações matemáticas descrevendo a passagem das ondas de elétrons imitam as equações de movimento de galáxias em um Universo se expandindo (à direita na imagem acima). Os pesquisadores esperam que, ao observarem as ondas de elétrons interagirem umas com as outras em seu modelo de universo, eles consigam uma ideia mais clara de como a expansão do espaço se relaciona com o fato da “desordem”, ou entropia, do Universo aumentar com o tempo. (Fontes: Wired Science e o artigo original.)
Com objetivos bem mais modestos, a outra experiência divulgada esta semana conseguiu criar uma versão mini dos imensos jatos de gás ionizado que estrelas jovens produzem (um deles, com 20 vezes o tamanho do sistema solar, pode ser visto nesta imagem do telescópio Hubble). Um grupo liderado por Daniela Tordella, da Universidade Politécnica de Turim, Itália, bombeou uma série de gases nobres, como o hélio, em um tubo de vácuo com 4 metros de extensão. O formato do tubo era tal que fazia os gases atingirem uma velocidade hipersônica. No final do tubo, os gases eram bombardeados por elétrons que excitavam seus átomos, os tornando visíveis para câmeras de alta velocidade. Comparando as imagens gravadas com simulações por computador, os cientistas confirmaram que seus mini jatos se comportavam como os jatos astrofísicos. (Fontes: Physorg e o artigo original)
Os jatos podem ser vistos neste vídeo onde Tordella explica o trabalho:
Crédito da imagem: Igor Smolyaninov e Nasa.
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