sábado, 31 de agosto de 2013

Descoberto o elemento químico 115

Uma equipe internacional de cientistas liderados pela Universidade de Lund, na Suécia, diz haver confirmado a existência de um novo elemento químico.

elemeto 115

© Revista Física (elemento 115)

Experimentos conduzidos no centro de pesquisa GSI, na Alemanha, reforçam as evidências de que o elemento químico de número atômico 115 foi encontrado.

Os pesquisadores produziram um isótopo do novo elemento, que se transformou em outras partículas por um processo radioativo.

Os resultados confirmam medições anteriores realizadas por um grupo de cientistas na Rússia, em 2004.

Dirk Rudolph, professor da divisão de física atômica, e seus colegas da Universidade de Lund afirmam ter encontrado sinais de seu decaimento alfa bombardeando um filme fino de amerício (elemento químico de número atômico 95) com íons de cálcio (número atômico 20). Determinadas energias dos fótons estão de acordo com as energias esperadas para a radiação de raios X, que é uma “impressão digital” de um determinado elemento. Também, foram recolhidos dados sobre a estrutura e as propriedades dos núcleo atômico superpesado do novo elemento químico.

sistema de detecção para registar partículas alfa

© U. Lund (sistema de detecção para registar partículas alfa)

O elemento químico 115 é altamente radioativo, que ainda não tem nome, não é estável, durando algumas frações de segundo antes de decair em elementos mais leves.

O potencial novo elemento será analisado por um comitê formado por integrantes da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e da União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP).

tabela periódica

© Revista Física (tabela periódica)

O comitê vai decidir se acolhe a existência do novo elemento químico ou se mais experimentos são necessários antes da confirmação. A IUPAC ainda não incluiu o novo elemento químico na tabela periódica oficial mantida em seu site.

Fonte: Physical Review Letters

domingo, 25 de agosto de 2013

Paradoxo quântico detectado em diamante

Um efeito quântico batizado com o nome de um antigo quebra-cabeça grego foi observado em um diamante, abrindo o caminho para a utilização de cristais de diamantes em chips de computadores quânticos.

paradoxo quântico em diamante

© Oliver Benson (paradoxo quântico em diamante)

O chamado “efeito Zeno quântico” leva o nome do filósofo grego de Elea, que viveu no século cinco a.C. e sugeriu que se a posição de uma flecha em movimento estiver bem definida por um momento no tempo então ela não avança naquele instante e, portanto, jamais poderá chegar ao seu destino.
Na versão quântica do paradoxo da flecha, físicos teóricos postularam, em 1977, que se um sistema quântico for medido com frequência suficiente, seu estado será incapaz de progredir; como se o ditado “panela vigiada não ferve” fosse verdadeiro.
A hipótese resulta de um postulado fundamental da teoria quântica, segundo o qual medir a propriedade de um objeto, como a sua posição, afeta o seu estado. O efeito Zeno quântico foi observado pela primeira vez experimentalmente em 1989 em íons resfriados a laser, presos por campos magnéticos e elétricos.
Agora, o físico quântico Oliver Benson e seus colegas da Universidade Humboldt, em Berlim, observaram esse efeito em um cristal de diamante, um material mais fácil de fabricar em larga escala para a computação quântica.

Os pesquisadores se concentraram nos chamados centros de vacância de nitrogênio, imperfeições que surgem em diamantes quando um átomo de nitrogênio e um espaço vazio substituem átomos de carbono em pontos adjacentes na estrutura do cristal.
A equipe utilizou microondas para mudar o estado de spin magnético de um elétron localizado em um centro de vacância de nitrogênio e depois aplicou raio laser para provocar uma emissão vermelha, que revelou em qual dos dois estados possíveis o elétron se encontrava em dado momento.
Ao medirem o centro de vacância de nitrogênio desse modo, os pesquisadores constataram que a oscilação entre os dois estados estava interrompida, exatamente como seria de se esperar se o efeito Zeno quântico estivesse em ação.
“O primeiro passo é observar que o efeito está lá; o próximo é colocar em ação portões quânticos baseados em diamantes”, diz Benson, referindo-se ao análogo quântico dos portões lógicos que formam os circuitos integrados em chips de computadores comuns.
Em computação quântica, as informações são armazenadas nos estados quânticos de transportadores como fótons ou defeitos em diamantes. Até agora, porém, a chamada decoerência, uma degradação dos estados delicados provocada por ruídos ambientais, impediu os cientistas de armazenar mais que apenas alguns bits de informações quânticas relacionadas por vez em um cristal de diamante. A medição constante dos estados poderia protegê-los da degradação descontrolada e permitir que os pesquisadores aumentem a quantidade de informações armazenadas, explica Benson.
Ronald Walsworth, um físico nuclear da Harvard University em Cambridge, Massachusetts, cuja equipe propôs teoricamente em 2010 que o efeito Zeno quântico operava em diamantes, afirma que as evidências estão aumentando. Entretanto, acrescenta que provavelmente terá de ficar mais claro que o rompimento das oscilações se deve ao processo quântico e não a outros efeitos antes que ele possa ser utilizado na computação quântica.
O físico quântico Ronald Hanson, que trabalha com centros de vacância de nitrogênio na Universidade de Tecnologia em Delft, na Holanda, diz que o experimento de Benson, juntamente com um artigo de abril mostrando que os spins em centros de vacância de nitrogênio localizados a três metros de distância podem ser ligados, indica que o diamante está ganhando terreno como um material conveniente para a computação quântica. “Em alguns anos dominaremos as armadilhas de íons”, diz ele.

Um artigo foi aceito para publicação pela revista Physical Review A.

Fonte: Nature

sexta-feira, 16 de agosto de 2013

Vórtices magnéticos armazenam informações

Físicos conseguiram amarrar e desamarrar vórtices magnéticos microscópicos que podem resultar em uma memória de computador mais eficiente.

vórtices torcidos na magnetização de uma superfície de metal

© U. hamburgo (vórtices torcidos na magnetização de um metal)

Esses vórtices torcidos (redemoinhos), conhecidos como skyrmions, são agrupamentos de átomos em que cada átomo age como uma barra magnética devido a uma propriedade quântica de seus elétrons, chamados spins. Um campo magnético externo normalmente tenderia a alinhar todos os átomos de uma barra magnética na mesma direção; mas no caso de um skyrmion a magnetização desses átomos está disposta em forma de um vórtice torcido.
Um skyrmion resiste a ser “desenrolado”, ou desfeito, porque, embora perturbações magnéticas possam alterar a disposição dos spins atômicos, elas não desfazem a torção.
Essa propriedade, chamada de estabilidade topológica, é compartilhada por objetos geométricos, como a fita de Möbius, uma forma que pode ser obtida juntando-se as duas extremidades de uma fita com uma meia torção no meio. Essa meia torção é “estável”, porque pode ser movida para lá e para cá, mas não pode ser desfeita, exceto se a fita for cortada, desenrolada e colada novamente.
A estabilidade topológica é atraente para os cientistas que procuram aprimorar os meios para transportar informações, diz Kristen von Bergmann, uma física da Universidade de Hamburgo, na Alemanha.
Os meios de armazenamento magnético convencionais, como a superfície de um disco rígido, contêm informações em forma de bits digitais, valores assinalados por “0” ou “1” que são representados pela magnetização dos átomos, por exemplo, com seu polo magnético Norte apontando para cima ou para baixo.
Mas quando eles são muito densamente carregados ou superaquecidos, essas magnetizações se tornam facilmente instáveis e ficam embaralhadas.
Um skyrmion oferece a possibilidade de armazenar informações de forma estável para que possam ser lidas novamente como um “0” ou um “1”, dependendo de se o nó magnético existe ou não. Para que isso funcione, porém, os cientistas precisam criar ou apagar skyrmions magnéticos conforme necessário. 
Embora a existência de skyrmions já tivesse sido prevista na década de 1960 pelo físico britânico Tony Skyrme, e desde então tenha sido demonstrada em materiais magnéticos, os pesquisadores não foram capazes de criar e apagá-los à vontade em um material magnético, até agora.
Escrevendo na revista Science, von Bergmann e seus colaboradores descrevem como criaram skyrmions em um fino filme magnético de paládio e ferro em um cristal de irídio.
Eles começaram com uma amostra em que todos os átomos dos ímãs em barra estavam alinhados.
Em seguida, a equipe usou a ponta de um microscópio de varredura por tunelamento (STM, na sigla em inglês) para aplicar uma pequena corrente de elétrons que tinham seus spins alinhados, ou polarizados, de um modo particular.
A corrente polarizada interagiu com os átomos dos ímãs em barra para torcê-los em configurações de skyrmions semelhantes a nós; cada um de apenas alguns nanômetros, ou cerca de 300 átomos de diâmetro, explica von Bergmann. Os cientistas também conseguiram usar a corrente polarizada para eliminar o nó, apagando o skyrmion.
Teoricamente, um dispositivo skyrmiônico poderia armazenar 20 vezes mais dados por unidade de superfície que os atuais discos rígidos, diz von Bergmann, mas adverte que a tecnologia ainda está muito longe de aplicações práticas.
A equipe conseguiu criar e apagar um total de quatro skyrmions de cada vez, mas a técnica só funcionou em cerca de 60% das tentativas, “o que é muito pouco para a tecnologia de dados”, observa von Bergmann.
Além disso, os pesquisadores só conseguiram controlar os skyrmions a 4,2 graus Kelvin, a temperatura do hélio líquido, o que não é uma temperatura de funcionamento prático para dispositivos eletrônicos.
Ainda assim, essa foi a primeira vez que cientistas criaram e apagaram skyrmions magnéticos individuais, diz Stefan Blügel, um físico de estados sólidos do Centro de Pesquisas Jülich, na Alemanha, acrescentando: “Com esse experimento poderemos criar skyrmions onde e quando os quisermos o que significa que poderemos imprimir um 1 ou um 0 de forma controlada”.
O mecanismo exato com que a corrente de spins torce e destorce o skyrmion continua um mistério, diz von Bergmann. Decifrá-lo exigirá novos experimentos e mais modelos teóricos.

Fonte: Nature

sexta-feira, 2 de agosto de 2013

Medindo a temperatura de células vivas

Uma ferramenta originalmente desenvolvida para computadores quânticos agora é capaz de mapear mudanças de temperatura dentro de uma célula viva.

célula sendo aquecida com luz laser

© Nature/Georg Kucsko (célula sendo aquecida com luz laser)

A técnica explora efeitos quânticos em minúsculos cristais de diamante, ou “nanodiamantes”, para detectar alterações de alguns milésimos de grau.

Além disso, os pesquisadores conseguiram aquecer partes selecionadas da célula com um laser. “Agora temos uma ferramenta para monitorar a temperatura a um nível celular e podemos estudar como os sistemas biológicos reagem a mudanças de temperatura”, afirma Peter Maurer, físico da Harvard University em Cambridge, Massachusetts, e membro da equipe que publicou a notícia no site da revista Nature.

O diamante revelou ser um material útil para lidar com informações quânticas. Na computação clássica, os dados são armazenados em dígitos binários, ou “bits”, que podem ser um 0 ou 1. Um bit quântico, ou “qubit”, por outro lado, pode assumir esses dois valores, além de um número infinito de intermediários.

O diamante armazena os qubits em sua estrutura de cristais de carbono como se fossem elétrons de impurezas. Tipicamente, as impurezas compreendem um átomo de nitrogênio que substituiu um dos átomos de carbono e uma lacuna, ou “vaga”, de um único átomo ao lado do nitrogênio.

Os pesquisadores manipularam com sucesso esses “ocos” de nitrogênio, o que foi um passo para usá-los para realizar cálculos quânticos.

Como os elétrons do nitrogênio são extremamente sensíveis a campos magnéticos, os cristais de diamante também se mostraram promissores para o imageamento por ressonância magnética.

E como as sondas magnéticas são muito sensíveis a pequenas variações de temperatura, os pesquisadores começaram a transformar essa potencial deficiência em vantagem, utilizando as sondas como termômetros de precisão. Agora, Maurer e seus colegas colocaram a ferramenta a serviço da biologia.

Em sua mais recente técnica, os pesquisadores usaram um nanofio para injetar cristais de diamante em uma célula embrionária humana. Em seguida, iluminaram a célula com uma luz laser verde, fazendo com que as impurezas de nitrogênio fluorescessem em vermelho.

As variações nas temperaturas locais no interior da célula afetam a intensidade da luz vermelha emitida pelos centros de nitrogênio e vazios. Os pesquisadores conseguiram medir essa intensidade e usá-la para calcular a temperatura do nanodiamante correspondente. Como o diamante é um bom condutor de calor, o nanocristal provavelmente tem a mesma temperatura que seu ambiente celular imediato.

Os pesquisadores também injetaram na célula nanopartículas de ouro e, em seguida, concentraram um laser nelas para aquecer partes diferentes da célula. Graças aos seus minúsculos termômetros de diamante, eles foram capazes de verificar com precisão onde e quanto a temperatura subia.

Um termômetro de diamante poderia ser uma ferramenta útil para a biologia básica, diz Maurer, observando que diversos processos biológicos, que vão da expressão de genes ao metabolismo celular, são fortemente afetados pela temperatura.

Os biólogos puderam estudar o desenvolvimento de organismos simples, como o nematoda Caenorhabditis elegans, por exemplo, ao controlarem a temperatura local. “Você poderia aquecer células individuais e estudar se as células vizinhas retardam ou aceleram sua taxa de reprodução”, diz Maurer.

Fonte: Scientific American Brasil