Astrônomos encontram estrela que não deveria existir

Teoria incompleta

Uma equipe de astrônomos europeus utilizou o Very Large Telescope do ESO (VLT) para descobrir uma estrela na Via Láctea que os cientistas achavam não poder existir.

Os astrônomos descobriram que esta estrela é composta quase inteiramente por hidrogênio e hélio, com quantidades minúsculas de outros elementos químicos.

Esta intrigante composição química coloca a estrela na chamada "zona proibida" dentro da teoria de formação estelar mais aceita, o que significa que esta estrela nunca deveria ter-se formado.

Ou, o que agora parece ser mais razoável, que a estrela está correta, mas a teoria não.

Estrela sem metais

A estrela de baixa luminosidade está situada na constelação do Leão e é chamada SDSS J102915+172927 - a sigla é rastreio SDSS (Sloan Digital Sky Survey) e os números fazem referência à posição do objeto no céu.

Ela possui a menor quantidade de elementos mais pesados que o hélio (que os astrônomos chamam de "metais") do que todas as estrelas estudadas até hoje. Este objeto possui uma massa menor que a do Sol e tem provavelmente mais de 13 bilhões de anos de idade.

"Uma teoria muito aceita prediz que estrelas como esta, com pequena massa e quantidades de metais extremamente baixas, não deveriam existir porque as nuvens de material a partir das quais tais objetos se formariam nunca se poderiam ter condensado," explica Elisabetta Caffau, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha e do Observatório de Paris, na França.

"É surpreendente encontrar pela primeira vez uma estrela na 'zona proibida'. Isto significa que iremos provavelmente ter que verificar alguns dos modelos de formação estelar, completa Caffau, que é a autora principal do artigo científico que descreve estes resultados, e que será publicado em Setembro na revista Nature.

Estrela mais velha já encontrada

A equipe analisou as propriedades da estrela com o auxílio dos espectrógrafos X-shooter e UVES, montados no VLT. Os astrônomos mediram a abundância dos vários elementos químicos presentes na estrela e descobriram que a proporção de metais na SDSS J102915+172927 é mais de 20 mil vezes menor que a proporção de metais no Sol.

"A estrela é tênue e tão pobre em metais que apenas conseguimos detectar a assinatura de um único elemento mais pesado que o hélio - o cálcio - nas primeiras observações que fizemos," disse Piercarlo Bonifacio, que supervisionou o projeto. "Tivemos que pedir tempo de telescópio adicional ao Diretor Geral do ESO para estudar a radiação da estrela com mais detalhe, com longos tempos de exposição, de modo a tentar encontrar mais metais."

Os cosmólogos acreditam que os elementos químicos mais leves - hidrogênio e hélio - foram criados pouco depois do Big Bang, juntamente com um pouco de lítio, enquanto a maioria dos outros elementos foram posteriormente formados nas estrelas.

As explosões de supernovas espalharam o material estelar para o meio interestelar, tornando-o rico em metais. As novas estrelas que se formam a partir deste meio enriquecido possuem por isso maiores quantidades de metais na sua composição do que as estrelas mais velhas.

Por conseguinte, a proporção de metais numa estrela nos dá informação sobre a sua idade.

"A estrela que estudamos é extremamente pobre em metais, o que significa que é muito primitiva. Pode ser uma das estrela mais velhas jamais encontrada," acrescenta Lorenzo Monaco (ESO, Chile), que também participou do estudo.

Simulação recria nascimento de galáxia similar à Via Láctea

Simulação galáctica

Após intensos cálculos numéricos, que tomaram nove meses de um supercomputador, cientistas completaram a primeira simulação completa do nascimento de uma galáxia espiral.

A galáxia hipotética é semelhante à nossa Via Láctea e, segundo o grupo, a simulação, chamada Eris, pode ser uma recriação bastante realística de como a nossa galáxia surgiu.

A simulação resolve um problema antigo, que levou alguns pesquisadores a questionarem o modelo cosmológico vigente.

"Esforços anteriores para formar uma galáxia de disco massivo como a Via Láctea falharam, com as galáxias simuladas acabando com enormes protuberâncias centrais em relação ao tamanho do disco," explica Javiera Guedes, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e primeiro autor de um artigo sobre a nova simulação.

Via Láctea simulada

A galáxia Eris é uma galáxia espiral barrada, ou seja, com um grande barra central de estrelas brilhantes. Todas as demais propriedades estruturais simuladas são consistentes com as galáxias como a Via Láctea.

Seu perfil de brilho, relação entre saliência central e disco, conteúdo estelar e outras características essenciais estão dentro da faixa de observações da Via Láctea e de outras galáxias do mesmo tipo.

"Nós dissecamos a galáxia de muitas maneiras diferentes para confirmar que ela se encaixa com as observações", disse Guedes.

Teoria da matéria escura fria

Os resultados apóiam a chamada teoria da matéria escura fria, segundo a qual a evolução da estrutura do universo é dirigida pelas interações gravitacionais da matéria escura - o termo "frio" expressa o movimento lento das partículas.

A gravidade atuou inicialmente sobre ligeiras flutuações de densidade presentes logo após o Big Bang, reunindo os primeiros aglomerados de matéria escura, que cresceram para formar aglomerados cada vez maiores através da fusão de pequenos progenitores menores.

Segundo a teoria, a matéria comum que forma estrelas e planetas caiu em "poços gravitacionais", criados por grandes aglomerações de matéria escura, dando origem a galáxias nos centros de halos de matéria escura.

Nos últimos 20 anos, no entanto, os esforços para reproduzir este processo em simulações de computador não conseguiram gerar galáxias maciças de disco, semelhantes à Via Láctea, com seus braços espirais em um grande disco plano em torno de um bojo central pequeno, formado por estrelas mais velhas.

Novos caminhos para a luz no interior dos chips

Retardo de fótons

Por incrível que pareça, é muito mais fácil enviar fótons por milhares de quilômetros ao longo de uma fibra óptica do que enviá-los por alguns nanômetros no interior de um processador.

A rigor, é mais do que uma dificuldade, é quase uma impossibilidade prática: enquanto já convivemos há anos com as fibras ópticas, os chips fotônicos ainda estão engatinhando.

Isso ocorre devido aos minúsculos defeitos nos materiais usados para construir os chips. Assim que atingem os defeitos, os fótons são desviados do seu caminho, causando a perda do sinal e da informação que deveria ser processada.

Esses defeitos são ainda mais críticos quando ocorrem em componentes conhecidos como PDD (photon delay devices - dispositivo de retardo dos fótons), cujo papel é retardar os fótons, segurando-os até que o processador necessite da informação que eles contêm.

Esses componentes são constituídos por minúsculos ressonadores colocados em série. Assim, um único defeito em um desses ressonadores pode arruinar o fluxo de informação inteiro.

Múltiplos caminhos para a luz

Enquanto não alcançam um grau de pureza absoluta em seus materiais, a equipe do professor Mohammad Hafezi encontrou uma saída que pode não parecer muito elegante, mas resolve o problema.

Eles substituíram a linha única de nanorressonadores por múltiplas linhas, criando rotas alternativas para a luz. Assim, se encontrarem um defeito, os fótons poderão seguir por um dos outros caminhos.

Os cientistas afirmam que a solução abre um caminho prático que poderá viabilizar a fabricação dos primeiros protótipos de processadores fotônicos - mais rápidos, com menor consumo de energia e que quase não esquentam.

Três prêmios Nobel

Mas não é isso: a equipe afirma que o componente fotônico abre um novo caminho para estudar um efeito particularmente estranho, chamado efeito quântico Hall.

Esse efeito descreve a forma como os elétrons parecem interferir consigo mesmos conforme viajam ao longo de um campo magnético.

A física por trás do efeito quântico Hall já rendeu três prêmios Nobel, mas ainda há várias previsões teóricas a seu respeito que nunca foram observadas experimentalmente.

"Os fótons nesses componentes apresentam o mesmo tipo de interferência que os elétrons sujeitos ao efeito quântico Hall," afirma Hafezi. "Nós esperamos que esses novos dispositivos nos ajudem a superar esses problemas ao nos possibilitar observar a física diretamente, em vez de explorá-la por analogias."

Smart Forvision: veja as tecnologias do novo veículo-conceito

Tecnologias futuras

A fabricante de veículos Smart apresentou hoje o seu novo veículo-conceito, projetado em parceria com a empresa Basf.

O modelo, chamado Forvision, combina um design futurista com uma mescla de tecnologias já disponíveis e em desenvolvimento, relativas à eficiência energética, à gestão de temperatura e ao peso do veículo.

"Estamos apresentando várias inovações que tornam possível a mobilidade totalmente elétrica. Além das células solares orgânicas transparentes e dos LEDs transparentes, são usadas espumas de isolamento contra o frio e o calor e revestimentos e filmes que refletem os raios ultravioleta. O Forvision também está estabelecendo novos padrões de leveza com o uso das primeiras rodas totalmente de plástico," anunciou Annette Winkler, da Smart.

Algumas destas tecnologias ainda estão em fase de laboratório, enquanto outras têm chances mais realistas de entrar em produção em série a médio prazo.

Células solares e LEDs orgânicos

O teto-solar transparente é o primeiro que também é capaz de gerar energia. Células solares orgânicas transparentes cobrem toda a superfície do teto.

Mesmo sob luz difusa e de baixa intensidade, elas geram energia suficiente para alimentar os componentes multimídia e os três exaustores que auxiliam na gestão do clima no interior do veículo.

Se o veículo estiver sob o sol, a ventilação é permanentemente operada com a ajuda dessas células solares, mantendo frio o interior do carro.

Esta nova tecnologia fotovoltaica tem ainda potencial para aumentar a eficiência do veículo, além do que a energia gerada pode ser utilizada para outras aplicações, como recarregar suas baterias.

O interior do veículo também é iluminado com tecnologia eletrônica orgânica, na forma de OLEDs - LEDs orgânicos, fabricados na forma de plásticos flexíveis que podem ser moldados seguindo o desenho interno do carro.

Rodas de plástico

Uma redução de peso considerável no veículo foi obtida com a utilização de rodas totalmente de plástico. Em seu estado atual de desenvolvimento, as rodas de plástico desenvolvidas pela BASF representam uma redução de peso de três quilogramas por roda.

Além da célula de passageiros, componentes adicionais, como as portas, são feitas de carbono reforçado com fibra de resina epóxi - um material compósito de alto desempenho.

O uso desses materiais permite uma redução de peso de mais de 50 por cento em comparação com o aço ou 30 por cento em comparação com o alumínio.

Os bancos, e várias outras partes do interior do carro, são revestidos com os chamados e-tecidos, ou tecidos eletrônicos, cuja malha é acrescida com materiais condutores, permitindo um controle preciso de temperatura.

Calor de fora, ondas de rádio de dentro

A espuma dos bancos é de cerca de 10 a 20 por cento mais leve do que os materiais atuais e permite diferentes graus de dureza em diferentes áreas da mesma peça, resultando em ganhos ergonômicos.

Em lugar das tradicionais películas para os vidros, o Forvision possui o que seus projetistas chamam de "escudo de calor", um novo tipo de película que reflete apenas os raios infravermelhos.

As ondas de rádio necessárias para operar o GPS, Bluetooth, telefones celulares ou para pagar o pedágio sem parar passam através do vidro sem qualquer atenuação.

Agora é só esperar que as tecnologias que "estão quase lá" cheguem efetivamente "lá", e que as que ainda estão no laboratório saiam de "lá".

Grafeno com plasmônica pode aumentar velocidade da internet

Uma colaboração entre as universidades de Manchester e Cambridge, no Reino Unido, incluindo Andre Geim e Konstantin Novoselov, ganhadores do prêmio Nobel por seus trabalhos com o grafeno, acaba de mostrar que esse "material-maravilha" também pode tirar proveito da plasmônica para aumentar a velocidade das comunicações ópticas.

Combinando o grafeno com nanoestruturas metálicas, eles criaram um componente capaz de capturar 20 vezes mais luz do que o grafeno isoladamente.

Célula solar de grafeno

Colocando dois fios metálicos muito próximos um do outro em cima de grafeno, os pesquisadores já haviam demonstrado a possibilidade de gerar energia elétrica - ou seja, o grafeno funciona como uma célula solar bastante rudimentar.

Mas, mesmo sem rivalizar com as células solares de silício, a possibilidade de capturar luz e transformá-la em eletricidade é algo muito interessante para as comunicações ópticas, em que a informação deve viajar na forma de luz pelas fibras ópticas e, para ser processada, precisa ser convertida em pulsos elétricos.

O maior obstáculo para a aplicação prática para este dispositivo específico à base de grafeno é que, ao contrário dos outros fotodetectores já existentes, ele apresentou uma eficiência muito baixa.

O problema é que o grafeno absorve pouca luz, cerca de 3% da luz que incide sobre ele, com o resto passando direto, sem contribuir para o funcionamento do dispositivo.

Grafeno com plasmônica

Os pesquisadores agora elevaram essa eficiência combinando o grafeno com minúsculas estruturas metálicas, cuidadosamente organizadas em cima do grafeno.

Os plásmons induzem "ondas eletrônicas" na superfície das estruturas metálicas, que acabam se "derramando" sobre o grafeno, otimizando sua coleta de elétrons e, portanto, gerando uma maior intensidade de corrente elétrica.

O arranjo criou na verdade uma nanoestrutura plasmônica, que funciona com base em ondas superficiais de elétrons chamados plásmons de superfície.

Em relação à "célula solar de grafeno", o componente capta 20 vezes mais luz, sem perda de velocidade.

"O grafeno parece ser um companheiro natural para a plasmônica. Esperávamos que nanoestruturas plasmônicas pudessem melhorar a eficiência dos dispositivos baseados em grafeno, mas foi uma surpresa muito agradável que as melhorias sejam tão dramáticas," comentou o Dr. Alexander Grigorenko, coordenador da equipe.

A luz que revela seu interior - em 3D

Tomografia óptica

Olhar para dentro de você está adquirindo um novo sentido, graças à equipe do professor Ulf Ahlgren, da Universidade de Umea, na Suécia.

Ou, pelo menos, permitirá que você veja seu interior com uma resolução nunca antes alcançada. O interior físico, é bom que se diga.

Para prosseguir em seus estudos do diabetes, os pesquisadores tiveram que aprimorar uma técnica de imageamento de última geração, chamada Tomografia Óptica de Projeção.

O termo "óptica" indica que a tecnologia usa luz comum, em lugar dos mais comuns raios X usados em imagens médicas.

Isto tem feito a técnica deslanchar rapidamente porque a radiação não-ionizante permite estudos no campo da biologia e da patologia sem afetar o material sendo estudado.

A nova técnica permite uma visualização em três dimensões de níveis microscópicos dos tecidos, o que inclui a expressão de genes e proteínas dentro de uma amostra de tecido.

Células produtoras de insulina

Os pesquisadores suecos conseguiram ampliar o campo de visão da tomografia óptica, permitindo a observação de órgãos inteiros, sem distorções.

Isso possibilitou a captura de objetos menores e menos iluminados, criando uma reprodução mais exata das diversas células presentes no tecido, incluindo as chamadas ilhotas de Langerhans, que produzem insulina.

A técnica também já permitiu a descrição de aspectos até agora desconhecidos de como o pâncreas se desenvolve na fase embrionária.

O estudo revelou que as células de insulina são muito mais numerosas do que se calculava, e, ao contrário do que se acreditava, elas não são distribuídas uniformemente - a maioria dessas células está concentrada no chamado lobo gástrico do pâncreas.

Problemas na produção de insulina ou a incapacidade do organismo em responder aos sinais da insulina podem levar ao diabetes.

Bateria chumbo-ácida

Trabalhos anteriores já haviam estudado os efeitos relativísticos sobre a estrutura cristalina do chumbo, mas pouco se estudou esses efeitos sobre as propriedades químicas deste elemento pesado. Então, Rajeev Ahuja e seus colegas suecos decidiram estudar a forma mais comum da química do chumbo: a bateria chumbo-ácida.

Esta tecnologia, de mais de 150 anos de idade, é baseada em células consistindo de duas placas - feitas de chumbo e dióxido de chumbo (PbO₂) - imersas em ácido sulfúrico (H₂SO₄).

O chumbo libera elétrons para tornar-se sulfato de chumbo (Pb₂O₄), enquanto o dióxido de chumbo ganha elétrons, para também tornar-se sulfato de chumbo. A combinação dessas duas reações resulta em uma diferença de potencial de 2,1 volts entre as duas placas.

Junte diversas placas e você terá uma bateria com a tensão desejada - normalmente 12 volts, no caso dos automóveis.

A bateria do seu carro só funciona graças à relatividade

Bateria relativística

Você não precisa de uma nave espacial com velocidade próxima à da luz para sentir os efeitos da relatividade - eles podem emergir mesmo nas lentas velocidades de um automóvel.

A bateria chumbo-ácida (ou bateria de chumbo-ácido) que dá a partida na maioria dos motores de carro tira cerca de 80 por cento de sua energia da relatividade.

É o garantem Rajeev Ahuja e seus colegas da Universidade de Upsala, na Suécia.

O efeito relativístico vem do rápido movimento dos elétrons do átomo de chumbo.

As simulações computadorizadas feitas pela equipe também explicam por que as baterias de estanho-ácido não funcionam, apesar das aparentes semelhanças entre o estanho e o chumbo.

Construído um computador quântico com arquitetura clássica

Computador von Neumann quântico

Dois novos estudos publicados no exemplar desta sexta-feira da revista Science descrevem grandes avanços no desenvolvimento doscomputadores quânticos.

Embora esta tecnologia ainda esteja em um estágio bastante inicial, no futuro os computadores quânticos poderão resolver problemas complexos demais para os computadores atuais, mesmo considerando seu avanço contínuo.

No primeiro estudo, um grupo dos Estados Unidos e do Japão apresenta nada menos do que uma versão quântica de um computador tradicional, que possui uma arquitetura chamada von Neumann - o seu PC é um computador desse tipo.

No computador von Neumann quântico, uma memória quântica de acesso aleatório pode ser programada através de uma CPU quântica, ambas construídas em um único chip, fornecendo os componentes-chave para uma versão quântica de um computador clássico.

CPU quântica

Isto representa um novo paradigma no desenvolvimento da computação quântica.

Os pesquisadores demonstraram dois componentes que estão no coração de cada computador: a unidade central de processamento e uma memória para armazenar tanto instruções quanto dados.

É, obviamente, uma máquina ainda rudimentar, baseada em uma série integrada de circuitos supercondutores e um circuito no qual a informação quântica vai e volta entre os elementos de armazenamento e os elementos de processamento.

E uma máquina bastante fria: como é baseada em circuitos supercondutores, ela precisa de temperaturas criogênicas para apresentar um comportamento quântico.

quCPU

O circuito integrado quântico inclui dois qubits (bits quânticos), um barramento de comunicação, dois bits de memória e um registrador - tudo quântico.

Ou seja, em princípio, é um computador quântico em um chip - os cientistas o chamaram de quCPU.

A vantagem é que, por seguir as leis da mecânica quântica, esse computador permite efetuar cálculos ao mesmo tempo em que se grava na memória, além dos já tradicionais bits que podem ser 0 e 1 ao mesmo tempo, ou 30% de 0 e 70% de 1, e qualquer variação semelhante.

Simulador quântico

No outro estudo, uma equipe austríaca descreve um outro tipo de computador quântico, na verdade, um simulador quântico digital.

Esse simulador pode ser programado e reprogramado para simular de forma eficiente qualquer outro sistema quântico.

Ben Lanyon e seus colegas demonstram que uma série de íons aprisionados, e suas interações, podem ser controladas e manipuladas com precisão, permitindo que um sistema quântico qualquer seja simulado e seu comportamento observado em laboratório.

O dispositivo usa seis íons de cálcio, bem presos e resfriados por um laser, como qubits.

"Nossos resultados demonstram os princípios fundamentais da simulação digital quântica e fornece evidências de que o nível de controle necessário para um dispositivo em larga escala está ao nosso alcance," escrevem eles.

Estima-se que um dispositivo "em larga escala", ou seja, um simulador quântico prático, precisa ter cerca de 40 qubits.

NASA construirá primeira usina nuclear para a Lua e Marte

Energia nuclear no espaçoReatores nucleares para uso espacial não são exatamente uma novidade. Sondas espaciais de longa distância usam-nos há décadas.O robô marciano Curiosidade, ou MSL (Mars Science Laboratory), será alimentado por seu próprio reator nuclear.Agora parece que os planos vão começar a sair do papel, com o agendamento para 2012 da construção de uma "Unidade de Demonstração Tecnológica" de um reator nuclear espacial.Em 2008, a NASA anunciou planos para desenvolver o projeto de uma usina nuclear na Lua.Reator nuclear espacialA notícia foi dada pelo coordenador do projeto, professor James E. Werner, do Laboratório Nacional Idaho, nos Estados Unidos.A ideia é, a exemplo do reator multipropósito que a NASA usa em suas sondas e robôs espaciais, construir uma usina multipropósito que possa ser usada em futuras explorações espaciais, não apenas na Lua, mas também em Marte e mesmo em asteroides.Embora o princípio de funcionamento de um reator nuclear espacial seja o mesmo dos reatores nucleares convencionais, sua baixa potência e miniaturização o tornam um tanto diferente."As pessoas nunca reconheceriam o sistema de energia por fissão como um reator de energia nuclear," disse Werner. "O reator em si tem cerca de 50 centímetros de largura por 75 centímetros de altura, aproximadamente do tamanho de uma mala."Sistemas de energia de fissão dependem da energia gerada pela fissão do núcleo de átomos - o calor gerado na reação é usado para criar vapor e girar uma turbina, que produz a eletricidade.Embora miniaturizado, o reator nuclear espacial terá todos os principais componentes de um sistema de um reator nuclear terrestre: uma fonte de calor, o sistema de conversão de energia - o gerador propriamente dito -, a dissipação do calor excessivo e a distribuição da energia.Mas também há diferenças."Embora a física seja a mesma, os baixos níveis de potência, o controle do reator e o material utilizado para a reflexão de nêutrons de volta para o núcleo são completamente diferentes," disse Werner. "O peso também é um fator significativo, que deve ser minimizada em um reator espacial, algo que não é levado em conta em um reator comercialFontes de energia no espaçoA energia solar e as células a combustível têm dominado a geração de eletricidade para satélites, sondas e naves espaciais.Mas, com o avanço da exploração espacial, haverá situações onde elas não darão conta do recado.Os painéis solares são ótimos para satélites artificiais em órbita da Terra e sondas em missões não muito distantes, embora a sonda espacial Juno esteja indo a Júpiter usando os maiores painéis solares já lançados ao espaço.As células a combustível, por sua vez, precisam de um reabastecimento mais contínuo, ou de formas de exploração de hidrogênio no espaço, que ainda não existem.Já os reatores nucleares podem gerar energia de forma constante, sem depender de uma orientação precisa em relação ao Sol e com uma necessidade muito menor de reposição do combustível."A maior diferença entre a energia solar e os reatores nucleares é que os reatores nucleares podem produzir energia em qualquer ambiente," explicou Werner. "Um sistema de fissão nuclear na Lua poderia gerar 40 kilowatts ou mais de energia elétrica, aproximadamente a mesma quantidade de energia necessária para alimentar oito casas na Terra."Além disso, um sistema de energia de fissão poderia funcionar em qualquer local como em crateras, cânions e cavernas, os locais mais considerados para a construção de bases espaciais pela proteção que ofereceriam aos astronautas em relação à radiação espacial.

Nuvens e raios cósmicos: a mudança climática que vem do céu

Modelos climáticos

Em Maio deste ano, um grupo de pesquisadores da Dinamarca e do Reino Unido demonstrou experimentalmente pela primeira vez que os raios cósmicos podem estimular a formação de gotas de água na atmosfera da Terra, conduzindo à formação de nuvens.

Agora, o laboratório do CERN, o mesmo que coordena o LHC, fez a primeira simulação computadorizada desse processo, um passo importante para que ele seja incluído nos modelos de previsão climática.

Esta foi uma das descobertas mais importantes nos anos recentes na área da climatologia, fornecendo um novo elemento de origem natural para os modelos climáticos de longo prazo, como os utilizados pelo IPCC para avaliar as mudanças climáticas.

Sementes de nuvens

O projeto Nuvem (CLOUD - Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) mostrou que os vapores-traço encontrados na baixa atmosfera conseguem explicar apenas uma parte da produção de aerossóis encontrados na atmosfera.

Os aerossóis servem como "sementes", em torno das quais a umidade se condensa para formar gotículas, iniciando o processo de formação das nuvens.

Os resultados da simulação confirmaram que a ionização causada pelos raios cósmicos aumenta de forma dramática a formação de aerossóis.

A poucos quilômetros de altitude, traços de ácido sulfúrico e vapor d'água podem formar aglomerados rapidamente - um processo que pode ser acelerado em 10 vezes ou mais pelos raios cósmicos.

"Esses novos resultados do Projeto Cloud são importantes porque nós fizemos uma série de de primeiras observações de processos atmosféricos muito importantes," disse o pesquisador Jasper Kirkby. "Nós descobrimos que os raios cósmicos aumentam significativamente a formação de partículas de aerossóis na troposfera média e acima. Esses aerossóis podem eventualmente crescer e se transformar em sementes para as nuvens."

Vapores não identificados

Mas a equipe também descobriu que os vapores até agora considerados na formação dos aerossóis não explicam a história toda.

Abaixo de uma determinada altitude é necessária a presença de amônia.

Nem assim, contudo, as simulações conseguem explicar várias observações já feitas: de maneira mais significativa, o modelo mostrou que apenas vapor d'água, ácido sulfúrico e amônia não conseguem gerar a quantidade de aerossóis observados, nem mesmo com o surpreendentemente forte efeito dos raios cósmicos.

Outros vapores e compostos químicos devem estar envolvidos no processo. É nisso que os cientistas vão se empenhar a seguir.

"Foi uma grande surpresa descobrir que a formação de aerossóis na baixa atmosfera não é devida apenas à água, ácido sulfúrico e amônia," reconhece Kirkby. "Agora é vital descobrir quais outros vapores estão envolvidos, se eles são naturais ou de origem humana, e como eles influenciam as nuvens."

Manipulando a luz à vontade

Canivete suíço para a luz

Os metamateriais e outros dispositivos fotônicos têm permitido aos cientistas lidar com a luz com uma flexibilidade cada vez maior.

Torcer a luz e aprisionar arco-íris são alguns exemplos dessas pesquisas recentes, que têm importância crucial para que a tecnologia possa cruzar a fronteira entre a eletrônica atual e a fotônica do futuro.

Mas um grupo de engenheiros agora afirma ter construído uma espécie de "canivete suíço" para lidar com a luz.

Alec Rose e seus colegas da Universidade Duke, nos Estados Unidos, afirmam ter desenvolvido um material que permite manipular a luz de forma quase tão flexível quanto a eletrônica consegue manipular os fluxos de elétrons.

Até agora, o melhor que havia sido alcançado eramraios plasmônicos curvos, que ondulam como se fosse uma corda agitada por uma das pontas.

Não-linearidade

A solução mais versátil para a manipulação da luz foi encontrada nos metamateriais, mais conhecidos pelas suas aplicações nos mantos de invisibilidade.

A luz que entra em um metamaterial pode ser refletida, refratada ou atenuada. Contudo, ao sair do outro lado, continuará sendo o mesmo raio de luz - um fenômeno conhecido como linearidade.

"Para alguns feixes de luz muito intensos, contudo, certos materiais 'não-lineares' violam essa regra básica, convertendo a energia de entrada em um novo feixe de luz inteiramente distinto, com o dobro da frequência original," explica Rose.

Esse segundo feixe, conhecido como segunda harmônica, já é explorado na alteração de cores em raios laser. Mas os materiais não-lineares usados para isso são frágeis e é muito difícil ajustá-los para controlar a direção da segunda harmônica.

O que os pesquisadores fizeram foi desenvolver um metamaterial que consegue guiar a segunda harmônica. "O dispositivo simultaneamente dobra e reflete as ondas que entram na direção que queremos," afirma Rose.

Comunicação inteiramente óptica

O dispositivo mede 20 centímetros de comprimento por 15 centímetros de largura e cerca de um centímetro de altura. Ele foi construído com segmentos individuais feitos do material de fibra de vidro utilizado nas placas de circuito impresso.

Cada segmento recebe círculos de cobre estampados sobre a superfície. Cada círculo tem um pequeno intervalo, com uma ponte formada por um diodo. Quando é excitado pela luz que passa através dele, o diodo quebra a simetria natural da onda, criando a não-linearidade.

"Essa magnitude de controle sobre a luz é exclusiva dos metamateriais não-lineares, e pode ter consequências importantes para a comunicação inteiramente óptica, onde a capacidade de manipular a luz é crucial," disse Rose.

"A tendência no campo das telecomunicações é definitivamente óptica," afirma Rose. "Ser capaz de controlar a luz da mesma maneira que a eletrônica controla as correntes elétricas é um passo importante para transformar as atuais tecnologias de telecomunicações."

Cientistas descobrem alumínio superdenso

Superdensidade

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um novo material nunca antes visto na Terra: um alumínio superdenso.

Segundo o professor Saulius Juodkazis, da Universidade Swinburne, na Austrália, o alumínio superdenso é 40% mais denso e mais resistente do que o alumínio comum.

Segundo ele, a descoberta dará um avanço significativo no desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados, com propriedades não encontradas em materiais naturais.

"Sob pressões e temperaturas extremas, como as que existem no núcleo da Terra, os materiais formam novas fases de alta densidade, com arranjos atômicos compactos e propriedades físicas totalmente estranhas", disse ele, que trabalhou em conjunto com pesquisadores dos Estados Unidos e do Japão.

Microexplosões

Como não é possível coletar amostras do núcleo da Terra, o conhecimento sobre essas fases de alta densidade é basicamente teórico.

Agora, o grupo desenvolveu uma técnica para produzir o alumínio superdenso aqui na superfície mesmo.

Para isso, eles criaram uma técnica para gerar microexplosões, reproduzindo as condições de alta pressão em nanoescala.

"Focalizando pulsos ultra-curtos de laser sobre uma amostra de safira, nós induzimos uma microexplosão no material. Esse processo imita o tipo de forças sísmicas que moldam a Terra e outros planetas, fundindo e reformando os materiais sob pressões intensas. E ele nos permitiu sintetizar o alumínio superdenso," explicou Juodkazis.

Metais superdensos

A técnica de microexplosão poderá ser usada com outros metais, permitindo sintetizar supermetais em geral, com estruturas atômicas muito mais densas do que os metais originais.

"A criação de ouro ou prata superdensos, por exemplo, poderá abrir muitas novas possibilidades para os biossensores e para o campo da plasmônica," disse o pesquisador.

De fato, o experimento é muito simples, dispensando os caros e complicados aparatos geralmente utilizados em experimentos de alta pressão, como as bigornas de diamante, dando origem a uma nova ferramenta que deixa a criação de materiais de alta densidade ao alcance de muitos outros grupos de pesquisadores.

Geofísica

A análise dos materiais superdensos também terá impacto no campo da geofísica.

"Examinando as propriedades mecânicas e elétricos desse tipo de material poderemos ter uma melhor compreensão da condutividade elétrica das regiões interiores do planeta. Isto é particularmente importante no contexto das mudanças climáticas observadas ao tempo das grandes escalas de tempo geológicas," disse Juodkazis.

Futuro do Universo pode estar influenciando o presente

Influências do futuro sobre o passado

Uma reformulação radical da mecânica quântica sugere que o Universo tem um destino definido, e que esse destino já traçado volta no tempo para influenciar o passado, ou o presente.

É uma afirmação alucinante, mas alguns cosmólogos já acreditam que uma reformulação radical da mecânica quântica, na qual o futuro pode afetar o passado, poderia resolver alguns dos maiores mistérios do universo, incluindo a forma como a vida surgiu.

E, além da origem da vida, poderia ainda explicar a fonte da energia escura e resolver outros enigmas cósmicos.

O que é mais impressionante é que os pesquisadores afirmam que recentes experimentos de laboratório confirmam de forma dramática os conceitos que servem de base para esta reformulação.

Ordem oculta na incerteza

O cosmólogo Paul Davies, da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, está iniciando um projeto para investigar que influência o futuro pode estar tendo no presente, com a ajuda do Instituto FQXi, uma entidade sem fins lucrativos cuja proposta é discutir as questões fundamentais da física e do Universo.

É um projeto que vem sendo acalentado há mais de 30 anos, desde que Davies ouviu falar pela primeira vez das tentativas do físico Yakir Aharonov para chegar à raiz de alguns dos paradoxos da mecânica quântica.

Um desses paradoxos é o aparente indeterminismo da teoria: você não pode prever com precisão o resultado de experimentos com uma partícula quântica; execute exatamente o mesmo experimento em duas partículas idênticas e você vai obter dois resultados diferentes.

Enquanto a maioria dos físicos que se confrontaram com esse problema concluíram que a realidade é, fundamentalmente, profundamente aleatória, Aharonov argumenta que há uma ordem oculta dentro da incerteza. Mas, para entender sua origem, é necessário um salto de imaginação que nos leva além da nossa visão tradicional de tempo e causalidade.

Em sua reinterpretação radical da mecânica quântica, Aharonov argumenta que duas partículas aparentemente idênticas comportam-se de maneiras diferentes sob as mesmas condições porque elas são fundamentalmente diferentes. Nós apenas não detectamos esta diferença no presente porque ela só pode ser revelada por experiências realizadas no futuro.

"É uma ideia muito, muito profunda", diz Davies.

Consequências presentes do futuro

A abordagem de Aharonov sobre a mecânica quântica pode explicar todos os resultados normais que as interpretações convencionais também conseguem, mas tem a vantagem adicional de explicar também o aparente indeterminismo da natureza.

Além do mais, uma teoria na qual o futuro pode influenciar o passado pode ter repercussões enormes e muito necessárias para a nossa compreensão do universo, diz Davies.

Os cosmólogos que estudam as condições do início do universo ficam intrigados sobre o porquê do cosmos parecer tão idealmente talhado para a vida.

Mas há também outros mistérios: Por que é que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a origem dos campos magnéticos visto nas galáxias? E por que alguns raios cósmicos parecem ter energias impossivelmente altas?

Estas questões não podem ser respondidas apenas olhando para as condições passadas do universo.

Mas talvez, pondera Davies, se o cosmos já tem definidas algumas condições finais nele próprio - um destino -, então isto, combinado com a influência das condições iniciais estabelecidas no início do universo, pode perfeitamente explicar estes enigmas cósmicos.

Testando a flecha do tempo

É uma ideia muito boa - embora extremamente estranha.

Mas haveria alguma maneira de verificar a sua viabilidade? Dado que ela invoca um futuro ao qual ainda não temos acesso como causa parcial do presente, isto parece ser uma tarefa impossível.

No entanto, testes de laboratório engenhosamente inventados recentemente colocaram o futuro em teste e descobriram que ele poderia realmente estar afetando o passado.

Aharonov e seus colegas previram há muito tempo que, para certos experimentos quânticos muito específicos, realizados em três etapas sucessivas, o modo como a terceira e última etapa é realizada pode mudar dramaticamente as propriedades medidas durante o passo intermediário. Assim, ações realizadas no futuro (na terceira etapa), seriam vistas afetando os resultados das medições efetuadas no passado (na segunda etapa).

Em particular, nos últimos dois anos, equipes experimentalistas realizaram repetidamente experiências com lasers que mostram que, ajustando o passo final do experimento, é possível introduzir amplificações dramáticas no montante pelo qual o feixe de laser é desviado durante as etapas intermediárias do experimento. Em alguns casos, a deflexão observada durante a etapa intermediária pode ser amplificada por um fator de 10.000, dependendo das escolhas feitas na etapa final.

Estes resultados estranhos podem ser explicados de forma simples pelo quadro traçado por Aharonov: a amplificação intermediária é o resultado da combinação de ações realizadas tanto no passado (na primeira etapa) quanto no futuro (na etapa final).

É muito mais complicado explicar esses resultados usando interpretações tradicionais da mecânica quântica, afirma Andrew Jordan, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, que ajudou a conceber um dos experimentos com laser.

A situação pode ser comparada à forma como o modelo heliocêntrico do Sistema Solar, de Copérnico, e o modelo geocêntrico de Ptolomeu, ambos fornecem interpretações válidas dos mesmos dados planetários, mas o modelo heliocêntrico é muito mais simples e mais elegante.