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Físicos medem o Tempo sem relógio

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Como Albert Einstein explicou em 1905, quando os fótons da luz atingem determinados materiais, esses materiais emitem elétrons. Esse fenômeno, chamado fotoemissão, está na base do funcionamento de um sem-número de tecnologias, incluindo células solares, LEDs, sensores de câmeras digitais etc.

Mas, quando se trata de usá-lo para pesquisas científicas de ponta – nas técnicas de espectroscopia, por exemplo – há um detalhe que ainda precisa de melhor explicação.

Os físicos vinham considerando que o elétron é emitido imediatamente após a chegada do fóton, mas, conforme a medição do tempo ficou mais precisa, começou a parecer que há de fato um retardo na emissão do elétron. E, com o nível de precisão da espectroscopia aumentando, esse retardo passou a ser importante.

Agora, Mauro Fanciulli e seus colegas da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, conseguiram medir o retardo ultracurto da fotoemissão de elétrons – e fizeram isso sem usar um relógio, já que as técnicas a laser complicam muito o experimento.

Tempo sem relógio

Fanciulli descobriu que, durante a fotoemissão, a polarização do spin dos elétrons emitidos pode ser relacionada com o tempo que leva para eles serem emitidos – um tempo na casa dos attossegundos. Mais importante, o retardo foi documentado sem a necessidade de aparato de resolução ou medição do tempo – essencialmente, sem a necessidade de um relógio.

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Para fazer isso, equipe mediu o spin dos elétrons fotoemitidos a partir de um cristal de cobre usando um tipo de espectroscopia de fotoemissão chamada SARPES (Spin- and Angle-Resolved PhotoEmission Spectroscopy).

As informações sobre a escala de tempo da fotoemissão estão incluídas na função de onda dos elétrons emitidos – esta função é uma descrição quântica da probabilidade de onde um determinado elétron pode ser encontrado em um dado momento. Usando a técnica SAPRES, a equipe conseguiu medir o spin dos elétrons, que por sua vez lhes permitiu acessar suas propriedades de função de onda.

Embora a medição envolva avaliar transições de fase expressas na função de onda, o processo pode ser entendido como uma comparação do spin dos elétrons no material e o spin do elétron fotoemitido, o que revela uma alteração no ângulo de spin, que por sua vez pode ser usado como um “proxy” para o tempo decorrido entre a chegada do fóton e a emissão do elétron – uma medição de tempo sem relógio, por meio do ângulo da rotação do elétron. E, de fato, os dados mostram que há um período finito de tempo no processo de fotoemissão.

Natureza do tempo

“Com lasers, você pode medir diretamente o tempo de retardo entre os diferentes processos, mas é difícil determinar quando um processo começa – o tempo zero,” detalha Fanciulli. “Mas, em nosso experimento, nós medimos o tempo indiretamente, então não temos esse problema – nós podemos acessar uma das escalas de tempo mais curtas já medidas. As duas técnicas, spin e lasers, são complementares, e juntas elas podem produzir um domínio inteiramente novo de informação.”

“O trabalho é uma prova de conceito que pode desencadear novas pesquisas fundamentais e aplicadas,” disse o professor Hugo Dil, coordenador da equipe. “Ele lida com a natureza fundamental do próprio tempo e ajudará a entender os detalhes do processo de fotoemissão, mas também poderá ser usado em espectroscopia de fotoemissão sobre materiais de interesse”.

Alguns desses materiais incluem o grafeno e os supercondutores de alta temperatura, nos quais a equipe já se prepara para testar a nova técnica.

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Hubble capta imagem rara de morte de estrela

Hubble capta imagem rara de morte de estrela

O telescópio espacial Hubble flagrou o momento da morte de uma estrela, um fenômeno que os astrônomos raramente conseguem ver. A imagem mostra uma estrela, uma gigante vermelha, em seu estágio final vida, no qual ela libera nuvens de gás e poeira para se transformar em uma nebulosa planetária.

O fenômeno acontece a 5 mil anos-luz da Terra, na constelação de Puppis (ou Popa), não afetando nosso planeta.

A imagem mostra a Nebulosa Cabalash também é chamada de Nebulosa do Ovo Podre por conter muito enxofre – quando combinado com outros, o elemento produz um mau cheiro característico, que lembra o de um ovo estragado.

Num piscar de olhos

Os jatos de gás – que aparecem em amarelo – e a poeira cósmica são liberados em direções opostas a uma velocidade de um milhão de quilômetros por hora.

Os astrônomos dificilmente conseguem capturar essa fase da evolução das estrelas porque ela se dá “num piscar de olhos, em termos astronômicos”, segundo a ESA.

O remanescente deverá se tornar uma nebulosa de pleno direito daqui a cerca de mil anos.

Arma X: adamantium ou plástico?

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X-Material

Yue Cao e seus colegas da Universidade da Califórnia, nos EUA, não economizaram adjetivos para descrever a versatilidade deste polímero que eles acabam de criar.

Afinal, Wolverine, a estrela dos X-Men, conserta qualquer “defeito” que sofra de forma quase instantânea e ele parece não temer algum tipo de criptonita que possa eventualmente retirar-lhe a imortalidade.

O novo material se autocura após cortes radicais e ainda é um condutor elétrico muito especial, um condutor iônico, assim como nossos neurônios. Isso significa que os íons dos materiais podem fluir livremente através dele, abrindo um leque de possibilidades de uso.

E, como uma borracha, ele pode ser esticado a até 50 vezes seu tamanho original sem se romper. E é transparente.

Explorando as aplicações

“Criar um material com todas essas propriedades tem sido um desafio por anos. Nós conseguimos e agora estamos apenas começando a explorar suas aplicações,” disse o professor Chao Wang, coordenador da equipe.

Mas ele já lista algumas das possibilidades que está passando para que seus alunos testem na prática: aparelhos eletrônicos flexíveis e que não pifam nunca, músculos artificiais para robôs e novos compostos para baterias.

E essa lista deve crescer, já que os condutores iônicos são uma classe de materiais com aplicação no armazenamento de energia, conversão de energia solar, sensores e dispositivos eletrônicos, incluindo a computação neuromórfica, que imita o cérebro humano.

Bibliografia:
A Transparent, Self-Healing, Highly Stretchable Ionic Conductor
Yue Cao, Timothy G. Morrissey, Eric Acome, Sarah I. Allec, Bryan M. Wong, Christoph Keplinger, Chao Wang
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201605099

Experimento com vácuo quântico pára o tempo e muda definição da luz

Alterar o vácuo

Imagem relacionadaFísicos alemães deram mais um passo rumo à compreensão e, mais importante, ao domínio do enigmático vácuo quântico, que tem-se mostrado muito diferente da noção de vácuo tradicional.

No vácuo quântico, em vez de um “nada”, há partículas emergindo para a existência e rapidamente desaparecendo o tempo todo – essas partículas fugazes podem ser usadas para criar qubits para computadores quânticos.

A equipe do professor Alfred Leitenstorfer, um especialista em fenômenos ultrarrápidos, já havia descoberto como detectar sinais desse “nada quântico”.

Agora, eles descobriram como manipular o estado elétrico do vácuo quântico, de forma a alterar o estado fundamental do espaço vazio – algo que só pode ser entendido com um bocado de teoria quântica da luz, já que a coisa é algo como “esvaziar o vazio”.

Parando o tempo

Resultado de imagem para parando o tempoO experimento começa com um laser especial, que gera pulsos ultracurtos de luz, que duram apenas alguns femtossegundos, o que significa que seu comprimento de onda é mais curto do que a metade do ciclo de luz que a equipe está estudando – a frequência utilizada fica na faixa do infravermelho médio.

Isso gera uma sensitividade extrema, permitindo a detecção de flutuações eletromagnéticas mesmo na ausência de intensidade da luz, ou seja, na completa escuridão.

Para isso, em vez de operarem no domínio das frequências das ondas de luz, a equipe trabalha no domínio do tempo. Em um determinado ponto no tempo, as amplitudes do campo elétrico são medidas diretamente, em vez de analisar a luz em uma faixa de frequência, como normalmente se faz. Estudando diferentes pontos no tempo produz-se um mapa característico dos padrões do “ruído de fundo” mais fundamental, permitindo tirar conclusões detalhadas sobre o estado quântico temporal dos fótons.

Isto significa que, no momento em que o pulso de laser se propaga junto com o campo quântico que está sendo estudado, o experimento de certa forma pára o tempo. Em última instância, tempo e espaço – ou espaço-tempo, se você preferir – se comportam de forma absolutamente equivalente durante um experimento, o que é uma indicação da natureza inerentemente relativística da luz.

Fonte: Inovação Tecnológica. Para ler o artigo completo, clique aqui

Noooooossa…

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