Monthly Archives: Janeiro 2014

Documentário – 100 Maiores descobertas da História

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Físicos fazem luz viajar com velocidade infinita

Infinitamente rápido

Albert Polman e seus colegas do Instituto de Física Atômica e Molecular em Amsterdã, na Holanda, fizeram algo que parece impossível. Eles criaram um dispositivo no qual a luz se comporta como se viajasse a uma velocidade nada mais, nada menos do que infinita.

Físicos fazem luz viajar com velocidade infinita

É claro que, como de praxe, eles começam alertando que seu dispositivo não contraria em nada as teorias de Einstein – nem tampouco é o mecanismo que falta para que nossas naves espaciais viajem em velocidade de dobra.

Mas como conciliar uma “velocidade infinita” da luz com o limite de velocidade universal imposto por Einstein?

É certo que já se demonstrou que superar a velocidade da luz é matematicamente possível, além do que vários experimentos têm “ludibriado” a física para criar pulsos superluminais, que viajam mais rápido do que a luz.

Mas “velocidade infinita” da luz é algo inédito.

Índice de refração = 0

No espaço, a luz viaja a 299.792.458 metros por segundo. Em outros materiais – na água ou no vidro, por exemplo – ela viaja mais lentamente.

A razão entre a velocidade da luz no vácuo e no material em questão define o índice de refração do material, que é tipicamente maior do que 1.

Contudo, os cientistas já descobriram meios de manipular as interações entre a luz e a matéria para criar índices negativos de refração – o que é feito usando materiais artificiais conhecidos como metamateriais.

Polman e seus colegas criaram uma espécie de túnel em nanoescala onde o índice de refração da luz é zero – assim, as ondas de luz de um comprimento de onda específico movem-se a uma velocidade infinita.

O dispositivo consiste em uma barra retangular, medindo 2.000 nanômetros de comprimento por 85 nanômetros de espessura, feita de dióxido de silício – que é isolante – recoberto com prata.

Tecnicamente trata-se de um guia de ondas, uma câmara condutora de luz.

Luz com velocidade infinita

A luz se comporta de forma diferente no interior desse guia de ondas porque os campos eletromagnéticos devem obedecer a condições precisas nas extremidades do dispositivo.

A luz com comprimentos de onda menores reflete-se entre as extremidades do guia de ondas, e os picos e vales da luz que está indo sobrepõem-se com os picos e vales da luz que está vindo, criando uma banda de interferência, um padrão de claros e escuros parecido com um código de barras – o brilho aumenta onde as ondas se somam e desaparece onde as ondas se anulam.

Acima de um determinado comprimento de onda “de corte”, a luz não se propaga mais. E é justamente nesse comprimento de onda de corte que as coisas ficam interessantes.

Em vez de produzir uma banda de interferência – a alternância de claros e escuros – o comprimento de onda inteiro brilha intensamente.

Isso significa que, em vez de se comportar como ondas com picos igualmente espaçados, as ondas de luz se comportam como se seus picos se movessem infinitamente rápido.

Assim, a luz oscila em sincronia ao longo de todo o dispositivo, estando literalmente ao longo de todo o seu comprimento ao mesmo tempo.

Salve a Relatividade

O professor Nader Engheta, membro da equipe, explica que isso não viola a relatividade porque a luz tem duas velocidades.

A “velocidade de fase” descreve a rapidez com que as ondas de um determinado comprimento de onda se movem, enquanto a “velocidade de grupo” descreve a velocidade com que a luz transporta energia – ou informação.

Somente a velocidade de grupo deve obedecer ao limite universal de velocidade, diz Engheta, e isso ocorre no interior do guia de ondas que ele e seus colegas construíram.

O pesquisador acrescenta que a tecnologia poderá ter vários usos, por exemplo, como uma antena que emita ondas de luz “formatadas” com precisão para uso em circuitos lógicos ópticos, ou seja, processadores à base de luz.

A equipe também não descarta a possibilidade de fabricação de um metamaterial de dimensões macroscópicas com índice zero de refração.

Bibliografia:

Experimental verification of n=0 structures for visible light
Ernst Jan R. Vesseur, Toon Coenen, Humeyra Caglayan, Nader Engheta, Albert Polman
Physical Review Letters
Vol.: Accepted Paper

Eletrodinâmica com Star Wars

Geladeira quântica faz gelo absoluto

Nanorrefrigeração

Geladeira quântica faz gelo absolutoEnquanto as geladeiras a laser não chegam, talvez você possa se contentar com uma geladeira quântica O primeiro exemplo daquilo que se poderia chamar de um refrigerador quântico veio de forma um tanto surpreendente, quando físicos italianos conseguiram mover a entropia de um sistema para outro.

Mas a geladeira quântica criado por Peter Lowell e colegas do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) dos Estados Unidos está pronta para uso, ao menos em laboratórios.

Este é o primeiro refrigerador quântico de estado sólido que usa fenômenos da física quântica, operando em micro e nanoestruturas – ele não possui nenhuma parte móvel – para resfriar objetos muito maiores, de nível macroscópico.

Embora existam inúmeros aparatos capazes de resfriar objetos em laboratório até temperaturas que se aproximam do zero absoluto, o novo equipamento permitirá que os cientistas ponham e retirem seus experimentos para congelamento da mesma forma que se manipula os alimentos em uma geladeira doméstica.

“É uma das realizações mais impressionantes que eu já vi. Nós usamos a mecânica quântica em uma nanoestrutura para resfriar um bloco de cobre que é um milhão de vezes mais pesado do que os elementos de refrigeração,” disse Joel Ullom, membro da equipe.

Laboratórios e telescópios

O que realmente impressiona é o rendimento do refrigerador quântico: seu poder de resfriamento pode ser comparado a um ar condicionado de parede resfriando um prédio inteiro.

A geladeira quântica poderá resfriar sensores abaixo das temperaturas criogênicas (300 miliKelvin), normalmente obtidas com o uso de hélio líquido, facilitando os experimentos com computadores quânticos  e estendendo a vida útil das câmeras de telescópios espaciais – o telescópio espacial Herschel está chegando ao fim de sua vida útil justamente pelo esgotamento do seu reservatório de hélio líquido.

Este é mais uma de um crescente número de demonstrações de como dispositivos em nanoescala, que funcionam segundo as leis da mecânica quântica, afetam fenômenos em macroescala, que funcionam segundo das leis da física clássica.

As aplicações portáteis são ainda mais facilitadas pela pouca energia necessária para alimentar a geladeira quântica: o protótipo funciona com uma única bateria de 9V.

Como funciona a geladeira quântica

O resfriamento quântico é feito por um conjunto de 48 sanduíches de diversos materiais, condutores e isolantes, intercalados com um metal supercondutor.

Com a aplicação de uma tensão elétrica, os elétrons de mais alta energia saem das camadas condutoras, tunelam através das camadas isolantes, até atingir a camada supercondutora.

A temperatura nas camadas metálicas cai dramaticamente, drenando energia eletrônica e vibracional do objeto que está sendo resfriado.A mesma equipe já havia demonstrado a viabilidade de exploração desse processo, mas em dimensões microscópicas:

 O protótipo levou um bloco de cobre de 2,5 centímetros de lado e 3 milímetros de altura a uma temperatura de 256 mK. Os pesquisadores afirmam já ter em mente melhoramentos que levarão o equipamento a atingir 100 mK.

Bibliografia:

Macroscale refrigeration by nanoscale electron transport
Peter J. Lowell, Galen C. O’Neil, Jason M. Underwood, Joel N. Ullom
Applied Physics Letters
Vol.: 102, 082601
DOI: 10.1063/1.4793515

Texto original, retirado de Inovação Tecnológica.

Volta às aulas, e a normalidade…

Volta às aulas, à normalidade da vida (ou anormalidade!), aos problemas de aprendizagem, à falta de interesse dos alunos, aos pais estressados, etc… Acho que muitos pensam assim no começo de ano, ao menos falam assim. Talvez seja uma daquelas maneiras esquisitas de dizer “É, vai começar tuuuuudo de novo. Vamos encarar, fazer o quê, se ninguém mais vai?“.

Normalmente nesse período que precede a volta às aulas eu sentia saudades da escola, de dar aula, dos colegas e demais coisas, mas confesso que esse ano foi diferente (com certeza eu aguentaria mais duas semanas de férias, kkkkk). Não senti saudade de nada, ao contrário, quis permanecer longe de tudo isso. Já estava me cansando antes mesmo de começar as aulas, e se continuasse assim com certeza eu terminaria o ano com um atestado de depressão. Mas o que mudou?

Não muita coisa! Provavelmente os mesmos problemas estarão aí! Acho que talvez até novos problemas (tirando TDAH que descobriram que era uma mentira, UHUUUUULLLLLLLL!!!!!!!!). Contudo, após uma manhã de capacitação que tive ontem, como normalmente as escolas fazem antes de voltar as aulas, as coisas mudaram um pouco de figura. Percebi que eu estava me deixando dominar pelo vírus da Inércia Profissional, o qual minha professora Maria Inês Ribas nos advertiu quando estávamos na graduação. Não sei se existe uma vacina eficaz, mas eu comecei o tratamento com leitura de artigos e livros que possam me reconduzir ao caminho de um ensino mais eficaz (vou para de falar EDUCAÇÃO, em outro post eu explico).

Não sei se funcionará para você, meu querido colega professor, mas é bom ver, através da experiência de outros, que a sala de aula não é um fardo individual. Se deixe inspirar e se deixe viver a experiência de ensinar e aprender, e contribua para a educação. Assuma o que é de sua responsabilidade e delegue as sobressalentes a quem de direito. Como diz aquela música “cada um no seu quadrado“!

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