Ciência - Os gravitões, partículas teoricamente responsáveis pela transmissão da força gravitacional, nunca foram observados no espaço, mas agora, algo bastante semelhante foi detetado num semicondutor.

«Cientistas vislumbraram o que pode ser a elusiva “partícula da gravidade”

Os gravitões, partículas teoricamente responsáveis pela transmissão da força gravitacional, nunca foram observados no espaço. Agora, algo bastante semelhante foi detetado num semicondutor.

Há décadas que os físicos procuram os gravitões, as partículas elementares propostas pela teoria da gravitação quântica responsáveis por mediar a força gravitacional.

Num novo estudo, publicado esta quinta-feira na revista Nature, uma equipa de investigadores identificou num semicondutor o que parecem ser partículas análogas aos gravitões.

Segundo os autores do estudo, usar estas partículas para compreender o comportamento dos gravitões é um passo crucial para reconciliar a teoria geral da relatividade com a mecânica quântica — duas teorias que tradicionalmente apresentam discrepâncias.

“É como encontrar uma agulha num palheiro. E o artigo que lançou esta busca data já de 1993″, explica Loren Pfeiffer, investigador da Universidade de Princeton, nos EUA e co-autor do estudo, citado pela New Scientist.

O estudo, cujos contornos começaram a ser discutidos há quase 30 anos, foi liderado por Aron Pinczuk, investigador da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, que faleceu em 2022 — antes de a pesquisa ter permitido identificar evidências destas elusivas partículas.

Detetar um gravitão foi desde sempre um enorme desafio para os físicos, dada a fraqueza da força gravitacional comparada com outras forças fundamentais.

No seu estudo, os investigadores analisaram eletrões de um fragmento bidimensional de arsenito de gálio, um composto químico sintético com a fórmula mínima GaAs, usado como material semicondutor na indústria da eletrónica e essencial no fabrico de circuitos integrados.

O fragmento foi submetido a um intenso campo magnético e a temperaturas extremamente baixas num potente refrigerador.

Nestas condições, manifestam-se efeitos quânticos que provocam comportamentos invulgares nos eletrões: interagem fortemente uns com os outros e formam um líquido quântico incompressível e atípico.

Este líquido apresenta movimentos coletivos em que todos os eletrões se movimentam em harmonia, originando excitações eletrónicas que se assemelham a partículas.

Para analisar estas excitações, a equipa iluminou o semicondutor com um laser com uma frequência específica e estudou a luz dispersa resultante — que revelou  um tipo de spin quântico que teoricamente apenas poderia ser observado num gravitão.

Embora a propriedade assim identificada não seja exatamente um gravitão, é o fenómeno mais semelhante até agora observado.

“Sabíamos que poderíamos encontrar excitações semelhantes a gravitões no semicondutor que montámos para realizar o nosso estudo, mas demorámos anos a ajustar a experiência de forma a poder detetá-las”, explica Ziyu Liu, investigador da Universidade de Columbia e co-autor do estudo.

“Do ponto de vista teórico, a história estava praticamente completa, mas experimentalmente, não havia ainda uma certeza”, acrescenta o investigador.

Esta experiência não reproduz exatamente as condições em que os gravitões se comportariam no espaço-tempo: os eletrões analisado estão confinados a um espaço bidimensional e movem-se mais lentamente do que os objetos descritos pela Teoria da Relatividade.

No entanto, o resultado do estudo “é extremamente importante e estabelece uma ligação entre diferentes áreas da física, como a física de materiais e as teorias da gravidade”, explica o físico Kun Yang, investigador da Universidade Estatal Florida, que não esteve envolvido no estudo.

Os dois pilares da física moderna, a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, que descreve o mundo macroscópico, e a Mecânica Quântica, que se aplica ao pequeno mundo das partículas, subpartículas, quasi-partículas — e, mais recentemente, as misteriosas “não partículas” — estão há décadas de costas voltadas.

O estudo que Aron Pinczuk nos deixou parece agora ter dado um pequeno passo no sentido de confirmar a existência do gravitão — a partícula que pode finalmente unificar as duas teorias.» in https://zap.aeiou.pt/cientistas-vislumbraram-o-que-pode-ser-a-elusiva-particula-da-gravidade-592726

(GRAVITAÇÃO QUÂNTICA)

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Física - No início deste mês, cientistas norte-americanos anunciaram ter conseguido produzir mais energia do que a consumida numa experiência de fusão nuclear.

«Fusão nuclear: como os cientistas alcançaram o Santo Graal da energia limpa

No início deste mês, cientistas norte-americanos anunciaram ter conseguido produzir mais energia do que a consumida numa experiência de fusão nuclear.

A proeza, realizada no Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), na Califórnia, pode significar no futuro uma fonte quase ilimitada de energia limpa.

Os cientistas dizem que o resultado é um marco importante para a ciência, procurado há décadas, mas salientam que ainda há um longo caminho a percorrer antes que a fusão nuclear forneça eletricidade às nossas casas.

A fusão nuclear é descrita como o “Santo Graal” da produção de energia. É o processo que alimenta o Sol, responsável pelo seu calor e sua luz, e outras estrelas.

O princípio teórico é baseado na agregação de pares de átomos leves, que são forçados a manterem-se juntos. Esta fusão liberta quantidades significativas de energia.

É o oposto da fissão nuclear, onde átomos pesados ​são separados, libertando também energia.

A fissão é a tecnologia usada atualmente nas centrais nucleares, mas o processo também produz uma grande quantidade de resíduos que emitem radiação durante muito tempo. Esses resíduos podem ser perigosos e devem ser armazenados em segurança.

Na fusão nuclear ocorre o contrário: são produzidas quantidades insignificantes de resíduos radioativos, de curta duração — e o processo produz muito mais energia.

Mais importante ainda, é uma fonte de energia limpa: o processo não produz emissões de gases de efeito estufa e, portanto, não contribui para as mudanças climáticas.

Para alcançar a fusão nuclear, um dos desafios é o conseguir atingir elevado níveis de temperatura e pressão para manter os elementos juntos.

Até agora, nenhuma experiência de fusão nuclear tinha conseguido produzir mais energia do que a que tinha sido gasta no processo.

Na experiência realizada no laboratório californiano, os cientistas colocaram uma pequena quantidade de hidrogénio numa cápsula do tamanho de um grão de pimenta.

Usaram então um poderoso laser com 192 feixes para aquecer e comprimir o combustível de hidrogénio.

O laser é tão forte que pode aquecer a cápsula a 100 milhões de graus Celsius, uma temperatura mais alta que o centro do Sol, e comprimi-la a uma densidade mais de 100 mil milhões de vezes superior à da atmosfera da Terra.

A essa densidade, a cápsula começa a implodir sobre si própria, forçando os átomos de hidrogénio a fundirem-se, libertando energia no processo.

Ao anunciar o resultado, o vice-diretor de programas de defesa da Administração Nacional de Segurança Nuclear dos EUA, Marvin Adams, detalhou que os lasers usados forneceram à cápsula 2,05 megajoules (MJ) de energia — e o processo libertou 3,15 MJ de energia.

A diretora do LLNL, Kim Budil, realça que há ainda grandes obstáculos a superar até que possamos ver o uso da fusão em centrais de energia.

O principal desafio é conseguir reduzir os custos do processo, ao mesmo tempo que se aumenta a escala da energia produzida.

A experiência produziu energia suficiente para ferver umas 20 chávenas de chá, e custou 3,5 mil milhões de dólares. Foi o chá mais caro da História.

Embora a experiência tenha gerado mais energia do que o laser produziu, não está incluída a energia necessária para fazer os lasers funcionarem — que é ainda muito maior do que a quantidade de energia gerada pelo hidrogénio.

Este é um dos processos que tem que ser otimizado para tornar a fusão nuclear viável como fonte de energia limpa e ilimitada, mas o princípio teórico está provado.

A promessa de um futuro alimentado a fusão nuclear está mais próxima. Mas, e sempre há um “mas” com estes avanços, ainda há um longo caminho a percorrer antes que isso se torne uma realidade.

ZAP // BBC» in https://zap.aeiou.pt/fusao-nuclear-como-os-cientistas-alcancaram-o-santo-graal-da-energia-limpa-513944

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Ciência - Um novo cálculo da massa do bosão W difere tanto das previsões do Modelo Padrão que pode pôr em causa este pilar do estudo da Física.

«Descoberta surpreendente sobre partícula põe em causa o Modelo Padrão (e pode revolucionar as leis da Física)

Um novo cálculo da massa do bosão W difere tanto das previsões do Modelo Padrão que pode pôr em causa este pilar do estudo da Física.

Depois de uma análise de mais de uma década, uma nova investigação publicada na Science relata uma conquista que pode revolucionar o estudo da Física, com os cientistas a conseguirem fazer a medição mais precisa de sempre da massa de uma partícula-chave.

A nova medida difere drasticamente das previsões feitas com base no Modelo Padrão, relata a New Atlas. Desde o seu desenvolvimento na década de 70, o Modelo Padrão tem sido muito bem-sucedido na explicação das forças e das interações entre as partículas.

Mas agora, uma partícula está a ameaçar desafiar este modelo que até agora tem sido tão preciso. A massa das partículas pode ser calculada através das suas relações com outras partículas no Modelo Padrão, podendo estas estimativas ser depois comparadas e comprovadas com as medidas dos colisores de partículas.

Uma única partícula, o bosão W, foi suficiente para pôr todo o modelo em causa, já que as medidas tiradas com um colisor diferem bastante das estimativas obtidas através do Modelo Padrão.

De acordo com o Modelo Padrão, a massa do bosão W pode ser calculada devido às ligações com as massas da bóson de Higgs e a uma partícula subatómica chamada quark top.

No novo estudo, uma equipa de quase 400 cientistas do Detector de Colisor no Fermilab passou quase 10 anos a examinar 4.2 milhões de candidatos a bosão W  recolhidos dos dados com 26 anos no colisor Tevatron.

Os autores conseguiram assim calcular a massa da partícula com uma precisão duas vezes maior do que a  melhor medida anteriormente tirada.

Os cálculos revelam que o bosão W tem uma massa de 80 433.5 Mega-elétron-volts (MeV), com uma margem de incerteza de só 9.4 MeV para cada lado.

Este valor está dentro do alcance previsto em medidas anteriores, mas fica muito longe do previsto pelo Modelo Padrão, que coloca a massa nos 80,357 MeV, com uma margem de 6 MeV.

Mesmo assim, alguns físicos continuam a acreditar mais nas previsões do Modelo Padrão e a apontar possíveis erros ou exageros nos valores do estudo.

Os investigadores refutam esta ideia, sublinham que verificaram imensas vezes os valores e os cálculos e que tiveram em conta “o entendimento melhorado do detetor de partículas e dos avanços na compreensão teórica e prática das interações do bosão W com outras partículas”, nota Ashutosh Kotwal, autor principal do estudo.» in https://zap.aeiou.pt/descoberta-revolucionar-leis-fisica-472388

#cienciafisica