Qual é o futuro da Teoria das Supercordas?

Com informaçõse da Agência Fapesp - 24/02/2011

Revoluções teóricas

Desde sua origem no fim da década de 1960, a teoria das supercordas passou por inúmeras reviravoltas.

Em vários momentos ganhou novas interpretações, até se tornar a mais bem-sucedida resposta, até hoje, para um dos maiores desafios da física contemporânea: unificar a teoria da relatividade geral e a mecânica quântica.

Mas essa movimentada trajetória histórica está longe de chegar ao fim, segundo o físico norte-americano Edward Witten, do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton.

Witten recebeu, em São Paulo, o título de doutor honoris causa da Universidade Estadual Paulista (Unesp).

Para Witten, que é considerado um dos mais importantes físicos teóricos da atualidade, a teoria das supercordas deverá ganhar novas interpretações no futuro, adquirindo dimensões - e consequências teóricas - que ainda são completamente imprevisíveis.

"A teoria das supercordas alcançou um nível de desenvolvimento que, em cada um de seus estágios anteriores, ninguém jamais poderia conceber. Mas o processo de compreender o que realmente significa a teoria das supercordas ainda tem um longo caminho pela frente. Acredito que não estamos nada próximos de ver o fim desse caminho", disse.

Teoria das supercordas e Teoria-M

Desenvolvida a partir do fim da década de 1960, a teoria das supercordas é um modelo físico no qual os componentes fundamentais da matéria não são os pontos sem dimensão que caracterizam as partículas subatômicas na física tradicional, mas objetos extensos unidimensionais, semelhantes a uma corda.

Dependendo do "tom" da vibração dessas cordas, elas corresponderiam a cada partícula subatômica.

Witten é o criador da Teoria-M, que unifica as cinco diferentes teorias das supercordas existentes anteriormente.

O termo foi cunhado pelo cientista em 1995 e desencadeou a chamada "segunda revolução das supercordas".

A Teoria-M determina que a matéria é formada por membranas e que o universo flui através de 11 dimensões: o tempo, a altura, a largura, o comprimento e mais sete dimensões "recurvadas", com outras propriedades - veja Descoberta solução matemática para outras dimensões.

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Interações subatômicas

De acordo com Witten, o processo de mudanças de interpretação que deu novos significados à teoria das supercordas, aumentando sua importância ao longo do tempo, está longe de terminar. "Ainda não podemos nem conceber o fim dessa jornada", disse.

Os físicos consideram que a origem da teoria das supercordas remonta à formulação da Amplitude de Veneziano. A descoberta, realizada em 1968 pelo italiano Gabriele Veneziano, sugeria que a amplitude de espalhamento explicava propriedades físicas, como a simetria e a dualidade, da interação forte entre as partículas subatômicas denominadas mésons.

"Só me envolvi com a teoria das supercordas no fim da década de 1970, por isso não sei o que teria pensado sobre essa descoberta na época. Mas, olhando retroativamente, acho surpreendente que essa pequena fórmula tenha-se tornado o ponto inicial de algo tão significativo", afirmou Witten.

Segundo ele, a proliferação de ressonâncias das partículas subatômicas, ou hádrons, levavam os físicos ao desespero quando tentavam descrever as interações fortes entre elas. "A descoberta de Veneziano sugeria que, se havia tantas ressonâncias de partículas, o espalhamento ressonante poderia ter um papel importante na interação dos hádrons", explicou.

A partir daí, segundo ele, desenvolveu-se a ideia de que um méson é uma pequena corda com cargas em suas extremidades. "As ressonâncias dos mésons, que correspondem aos pólos da amplitude de Veneziano, seriam estados vibratórios dessas cordas", disse Witten.

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Gravitação quântica

Diferentes níveis de visualização da matéria:

1) cristal; 2) estrutura molecular (átomos); 3) Átomo (prótons, nêutrons e elétrons); 4) Elétron; 5) Quarks; 6) Cordas. [Imagem: MissMJ/Wikimedia]

No entanto, a amplitude de Veneziano gerou descrições das interações fortes entre partículas que são corretas apenas do ponto de vista quantitativo. Outras descrições melhores surgiram e, por alguns anos, a teoria das supercordas ficou no ostracismo.

"Desenvolvimentos posteriores mostraram que o aparente fracasso da teoria das supercordas para explicar as interações fortes não era definitivo. As outras descrições melhores aparentemente eram equivalentes a uma parte ainda não descoberta da teoria das supercordas", afirmou Witten.

O principal motivo para a sobrevivência da teoria, no entanto, é que, se ela era insuficiente para explicar as interações fortes, havia um outro problema da física para o qual ela estava correta: a gravitação quântica.

"A mecânica quântica e a gravidade existem no mundo real e, por isso, precisamos de uma teoria da gravitação quântica. Mas ela não pode ser compreendida com os algoritmos convencionais. A teoria das supercordas tinha as características para isso", disse.

Depois da formulação da Amplitude de Veneziano, segundo Witten, descobriu-se que a teoria era incompatível com a massa que se atribuía às partículas.

Alguns físicos, então, foram ousados o suficiente para propor que a teoria das supercordas havia sido mal interpretada: as cordas eram muito menores do que se havia imaginado e descreviam a gravitação quântica.

"Com isso, a teoria foi conduzida novamente para uma nova direção que não poderia ter sido prevista antes", disse.  

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Supersimetria e supergravidade e membranas

Esse processo de transformação continuou ao longo dos anos e uma das consequências desse desenvolvimento foi perturbadora: a teoria estabelecia que o Universo deveria ter dez dimensões espaciais, além do tempo.

"Isso deve ter parecido uma piada, na época. Mas, quando a teoria foi reinterpretada como uma candidata para unificar todas as teorias de partículas e forças elementares, as dimensões extras deram abertura para que se derivasse toda a complexidade do mundo real a partir de um ponto inicial", disse Witten.

Os físicos descobriram então a supersimetria, descoberta que o norte-americano considera como a principal contribuição que a teoria das supercordas trouxe para prever tudo de novo que pode ser descoberto na física de partículas.

"A supersimetria levou ao tema extraordinariamente rico da supergravidade - que é a consequência da supersimetria ao descrever a gravidade. A supersimetria e a supergravidade são na verdade o topo de um iceberg muito maior: a teoria das supercordas se baseia em um novo tipo de geometria que nós ainda não entendemos", afirmou.

De alguma maneira, segundo Witten, existe um novo tipo de geometria que não permite que se fale de "pontos" ou "linhas" no espaço-tempo, mas na qual se pode falar de superfícies mínimas quânticas.

"Depois disso, alguns físicos começaram a se perguntar: por que parar nas cordas? Por que não membranas? Havia uma boa resposta para isso: as cordas funcionam melhor que as membranas por causa das propriedades únicas dos números complexos. Mas, agora, sabemos que as membranas e os objetos de maior dimensão não são parte de uma teoria alternativa. São, de fato, parte da teoria das supercordas", afirmou.

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Dualidade eletromagnética

Enquanto isso, outra ideia era desenvolvida para desafiar os paradigmas então estabelecidos pela teoria das supercordas: a dualidade eletromagnética. Em meados da década de 1990, várias pistas sugeriam que a simetria entre os campos elétricos e magnéticos tinha importância estrutural para a teoria das supercordas.

"A implicação mais direta era o fato de que a dualidade eletromagnética é importante na supergravidade. As várias vertentes - como as membranas e a dualidade eletromagnética - foram integradas na metade da década de 1990, gerando um novo paradigma", ressaltou.

A partir daí, a teoria só pode ser compreendida em termos de mecânica quântica. "Mas ela não podia ter apenas uma 'roupagem quântica'. Para entendê-la, seria preciso, de certa forma, que ela desse uma nova interpretação do que significa a mecânica quântica", disse.

Sendo assim, de acordo com Witten, chegou-se a um novo paradigma: só havia uma teoria das supercordas e ela se tornara a única candidata à superunificação das leis da natureza.

"Na década de 1990, a visão predominante sobre o que significa a teoria das supercordas e sobre como se pode tentar entendê-la foi, mais uma vez, imensamente amplificada. Podemos perguntar: o que vem agora? Qual a próxima grande mudança de perspectiva? Difícil saber. Talvez já tenha havido, na última década, mais uma mudança de interpretação na teoria, mas é difícil identificá-la sem o devido distanciamento", disse.

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Descoberta solução matemática para outras dimensões

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/03/2007.

Há exatos 120 anos atrás, o matemático norueguês Sophus Lie descobriu um grupo matemático chamado E8. Grupos são descrições matemáticas da simetria de objetos contínuos, sejam eles relativamente simples, como esferas e cones, sejam objetos multidimensionais de enorme complexidade.
É muito fácil entender a simetria de um quadrado. Esta figura tem apenas dois componentes, uma imagem-espelho a partir das diagonais e a imagem-espelho que resulta quando o quadrado é cortado pela metade a partir de qualquer um de seus lados. A simetria do quadrado forma um grupo com apenas dois graus de liberdade ou, duas dimensões.
Há uma família contínua de simetrias para cada poliedro. Agora, um grupo de cientistas de vários países conseguiu finalmente mapear o grupo E8, que representa o icosaedro. Em termos de complexidade de cálculo, o feito é equivalente ao mapeamento do genoma humano.

Múltiplas dimensões
Se considerarmos a Terra como uma esfera, ela se torna um objeto contínuo e simétrico com duas dimensões em sua superfície. Bastam duas coordenadas, a longitude e a latitude, para descrever qualquer ponto em sua superfície. Mas a Terra pode também se mover no espaço: isso exige três pontos para definir uma posição: os famosos eixos x, y e z. O grupo de simetria de nossa esfera tem então três dimensões.
Já o E8 exige muito mais da imaginação para que se possa tentar "visualizar" seu espaço simétrico: ele se transforma em um sólido de 57 dimensões - o que significa que são necessários 57 "eixos" para se definir um ponto único nesse sólido. O grupo de simetria contém nada menos do que 248 dimensões. Esses números quase enigmáticos podem então ser expressos na forma de 240 vetores em um espaço de 8 dimensões.

Átomos geométricos
"Embora o mapeamento do genoma humano tenha sido de fundamental importância para a biologia, ele não lhe deu instantaneamente uma droga milagrosa ou a cura para o câncer," compara o matemático Jeffrey Adams, coordenador do projeto. "Essa pesquisa é similar: ela representa uma pesquisa básica essencial, mas suas implicações podem não se fazer conhecer por muitos anos."
Mas anos cuja contagem já começou para os físicos que estudam a Teoria das Cordas, que prevê a existência de seis outras dimensões em nosso universo, além das quatro conhecidas: o x, y e z do espaço mais o tempo. A geometria e a teoria dos números são outros campos que deverão ter novo impulso com o cálculo do grupo E8.
O que os pesquisadores conseguiram foi construir o que eles chamam de "representações irredutíveis". Essas representações estão para a geometria como os átomos estão para a química. Da mesma forma que conhecer os átomos não nos diga quais elementos podem ser construídos com eles, é inegável que se trata de um excelente ponto de partida.
Outro campo de pesquisas já está computando os ganhos com essa pesquisa: o desenvolvimento de novos algoritmos e programas de computador capazes de fazer cálculos com mais eficiência e rapidez.
O cálculo final do E8 levou 77 horas de trabalho de um supercomputador. Isto com a versão acabada do software, depois de inúmeros travamentos por problemas no programa de cálculo e até no próprio supercomputador. Enquanto o cálculo do genoma humano produziu como resultado um arquivo de cerca de 1 gigabyte de dados, o E8 produziu 60 gigabytes.

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Primeiro protótipo de TV holográfica

Aeronave híbrida

Photonic comunication

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Caso seu Casio não seja original não faça esses testes.

Grafeno que rendeu Nobel ganha nova técnica de fabricação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/10/2010

Apenas dois dias depois de ter rendido o Prêmio Nobel de Física de 2010 aos seus criadores, o grafeno voltou a ser notícia.

Desta vez, um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, desenvolveu uma nova técnica para fabricar dispositivos eletrônicos inteiramente de grafeno.

Fabricação do grafeno

Embora o grafeno seja um material extremamente promissor, fabricar folhas de carbono com apenas um átomo de espessura impõe desafios tecnológicos nada desprezíveis.

A nova técnica usa moldes - na verdade uma espécie de estêncil - para que as folhas de grafeno cresçam já no formato do componente que se deseja fabricar.

Os modelos orientam o crescimento das estruturas de grafeno, permitindo a formação de nanofitas de larguras específicas, sem a utilização de feixes de elétrons ou outras técnicas destrutivas de corte.

As nanofitas de grafeno fabricadas a partir desses modelos têm bordas lisas, que evitam problemas de espalhamento de elétrons, o que até agora representava um entrave para o uso do grafeno em aplicações eletrônicas - ou pelo menos, um entrave à utilização de todo o seu potencial.

"Qualquer coisa que possa ser feita para fabricar pequenas estruturas sem ter que cortá-las vai ser útil para o desenvolvimento da eletrônica à base de grafeno porque, se as bordas forem muito ásperas, os elétrons que estão passando por elas dispersam-se e reduzem o impacto das propriedades do grafeno," explicou o Dr. Walt de Heer, coordenador da pesquisa.

Transistores de grafeno

Para demonstrar a nova técnica, os pesquisadores utilizaram-na para fabricar uma matriz de 10.000 transistores de grafeno em um chip de 0,24 centímetro quadrado - que eles acreditam ser a maior densidade de componentes eletrônicos de grafeno já alcançada.

Nas fitas de grafeno, graças às suas dimensões em escala nanométrica, o confinamento quântico faz o material se comportar como um semicondutor, tornando-o adequado para a criação de dispositivos eletrônicos.

Mas, quando as fitas têm largura a partir de 1 micrômetro, o grafeno funciona como um condutor - como um condutor excepcional.

Esta é uma das grandes vantagens da eletrônica do grafeno, uma vez que as várias partes do dispositivo são feitas do mesmo material, eliminando a necessidade de junções entre materiais diferentes, que sempre geram resistência elétrica, com perda de eficiência do componente e dissipação de calor.

Usando moldes de diferentes profundidades, a nova técnica permite que tanto as nanofitas quanto as microfitas de grafeno sejam crescidas simultaneamente, o que abre o caminho para que o processo seja ampliado para produção em maior escala.

De Heer e sua equipe estão agora trabalhando para criar estruturas menores e para integrar os componentes de grafeno com componentes tradicionais de silício. Os pesquisadores também estão trabalhando para melhorar a eficiência dos transistores de efeito de campo de grafeno.

Apesar de entusiasmantes, o desenvolvimento de circuitos eletrônicos de grafeno encontra-se na sua infância - o grafeno "nasceu" em 2004 - e estima-se ser necessário ainda um período de cinco a dez anos para que as primeiras aplicações práticas saiam dos laboratórios em direção às fábricas.

Bibliografia:

Scalable templated growth of graphene nanoribbons on SiC
M. Sprinkle, M. Ruan, Y. Hu, J. Hankinson, M. Rubio-Roy, B. Zhang, X. Wu, C. Berger, W. A. de Heer
Nature Nanotechnology
3 October 2010
Vol.: 5, Pages: 727-731
DOI: 10.1038/nnano.2010.192

Bolsa solar recarrega celular e serve como antena

Fibras ópticas fotônicas avançam mais do que nanotecnologia

Fábio de Castro - Agência Fapesp - 11/02/2010

Fibras de cristais fotônicos

Em 1996, o físico irlandês Philip Russel fez a primeira demonstração prática de uma nova classe de fibras ópticas: as fibras de cristais fotônicos (PCF, na sigla em inglês).

Nos últimos anos, as tecnologias de PCF evoluíram sem parar, com expressiva contribuição de grupos brasileiros.

Os progressos mais recentes e as aplicações mais inovadoras para essas fibras acabam de ser descritos em um artigo publicado na revista Report on Progress in Physics, de autoria do brasileiro Arismar Cerqueira, professor da Faculdade de Tecnologia (FT) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Fibra de cristal fotônico híbrida, criada pelo pesquisador brasileiro Arismar Cerqueira.

Tecnologia das fibras ópticas

Ao contrário das fibras ópticas convencionais, que são feitas a partir de óxido de silício ultra puro, utilizando dopagem para alteração de suas características, as fibras ópticas fotônicas têm suas características definidas por microestruturas construídas em seu interior.

Ao permitir a otimização das propriedades ópticas em um nível inalcançável para as tecnologias de fibras ópticas convencionais, as PCF prometem revolucionar áreas como telecomunicações, tomografia óptica, espectroscopia, medicina, metrologia e desenvolvimento de sensores.

Cerqueira explica que as PCF se baseiam nas propriedades dos cristais fotônicos e, ao longo de seu comprimento, possuem microestruturas na escala do comprimento de onda. Ao contrário das fibras ópticas tradicionais - sempre feitas de sílica e com uma estrutura muito simples -, o interior das PCF pode ter geometrias variadas e ser feito de materiais diferentes, como líquidos, metais e até gases.

"As PCF revolucionaram a tecnologia de fibras ópticas, pois criaram novos graus de liberdade para o design, fabricação e aplicação das fibras. Essa possibilidade de variar materiais e geometrias permite que o guiamento da luz, em virtude de diferentes mecanismos de propagação em uma gama muito grande de comprimentos de onda", explica ele.

Fibra híbrida

Os editores da revista que publicou o artigo de Cerqueira indicaram-no para produzir o estudo de revisão sobre todas as pesquisas recentes sobre as Fibras de cristais fotônicos em virtude de o pesquisador brasileiro ser autor de uma importante descoberta na área.

Durante seu doutorado na Itália, o brasileiro idealizou, projetou e fabricou um novo tipo de PCF, conhecida como Fibra de Cristal Fotônico Híbrida, ou hPCF (Hybrid Photonic Crystal Fiber).

A descoberta da PCF híbrida foi publicada em janeiro de 2006 na revista Optics Express. De acordo com Cerqueira, esta nova fibra reúne vantagens sobre as duas categorias de PCF existentes até então.

Na PCF original, a luz que viaja pelo interior da fibra é guiada de forma análoga ao mecanismo de propagação das fibras ópticas tradicionais, com reflexão interna total.

A segunda categoria de PCF é conhecida como photonic bandgap. Nela, a luz é guiada em janelas específicas de frequência, previamente estabelecidas no projeto da fibra óptica. Isso viabilizou o guiamento da luz no ar com baixa perda, o que era impossível na tecnologia tradicional.

"A PCF híbrida alia a vantagem das duas em uma única fibra. É o primeiro guia de onda óptico que viabilizou a condução da luz pelos dois mecanismos de propagação simultaneamente. Com um maior controle da luz refletida por dentro da fibra, conseguimos mudar as propriedades ópticas e atingir desempenhos anteriormente impossíveis ou até inimagináveis, abrindo novo leque de aplicações e projetos", disse.

Luz infravermelha

Enquanto as outras duas categorias de PCF têm utilidade mais ou menos adequada a determinadas aplicações, a PCF híbrida é muito mais versátil, sendo útil para aplicações de todas as áreas, como telecomunicações, espectroscopia e metrologia.

"Essa alternativa melhora o desempenho dos dispositivos ópticos, aprimorando propriedades como índice de refração, dispersão cromática, propriedades não-lineares e características modais", explicou.

No artigo, Cerqueira descreve aplicações inovadoras, como o guiamento da luz na região do infravermelho. "Isso é inconcebível para as tecnologias tradicionais. Outro aspecto interessante é o desenvolvimento de sensores de altíssima precisão, obtidos com a tecnologia PCF, além do desenvolvimento de lasers e amplificadores ópticos de alta potência", disse.

Terahertz

Segundo Cerqueira, as PCF estão viabilizando o guiamento da luz em frequências na faixa de terahertz - o que poderá contribuir para resolver o atual gargalo entre a nanotecnologia e as comunicações ópticas.

"Hoje, o conhecimento da óptica está muito mais avançado do que o domínio da nanotecnologia. Temos bandas de transmissão de dados praticamente ilimitadas, mas a eletrônica não acompanhou essa evolução. A possibilidade de ter guiamento da luz em terahertz pode resolver esse gargalo, o que levaria a um salto tecnológico significativo", destacou.

De acordo com ele, a eletrônica atualmente limita a transmissão de dados a cerca de 100 gigahertz - ou 100 vezes 10⁹. Com a viabilização da faixa de terahertz, o limite passaria para cerca de 100 vezes 10¹². "Ou seja, a capacidade dos sistemas de comunicação no mundo poderia ser multiplicada por mil", disse.

Transferência de energia

O primeiro estudo de revisão com alto impacto sobre as PCF, de acordo com Cerqueira, foi publicado em 2003 pelo próprio Russel, inventor da nova classe de fibras ópticas. "Desde então, na minha opinião, a quantidade de artigos publicados sobre essas fibras tem sido muito pequena em relação à evolução ocorrida nesses anos", disse Cerqueira.

O estudo publicado na Report on Progress in Physics parece ter ajudado a preencher a lacuna: de acordo com os editores da revista, o artigo foi baixado pela internet 250 vezes nos primeiros 11 dias após a publicação em 21 de janeiro. De acordo com eles, apenas 10% dos artigos de todas as revistas publicadas pelo Instituto de Física (IOP, na sigla em inglês) alcançaram esse número de downloads.

Em 2008, Cerqueira foi o primeiro autor de um artigo publicado na revista Optics Letters. "Naquele estudo, utilizando a PCF híbrida proposta no meu doutorado, conseguimos, pela primeira vez, fazer uma conversão de frequência e transferência de energia entre diferentes bandgaps fotônicos", disse.

O experimento foi analisado no Laboratório de Fenômenos Ultrarrápidos da Unicamp, coordenado pelo diretor científico da FAPESP, Carlos Henrique de Brito Cruz, autor principal do trabalho.

Mixagem de ondas

Em outro estudo, Cerqueira e Hugo Fragnito, diretor executivo do Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica de Campinas (CePOF), conseguiram bater o recorde mundial de geração de múltiplos lasers a partir do fenômeno não-linear conhecido como four wave mixing.

"Geramos 275 ondas eletromagnéticas - ou lasers - a partir de somente três lasers iniciais. Esse resultado também é inédito no mundo", disse Cerqueira.

O pesquisador baiano, hoje com apenas 31 anos, formou-se em engenharia elétrica na Universidade Federal da Bahia e, em 2002, concluiu mestrado na Unicamp, na mesma área. Entre 2003 e 2006, cursou o doutorado na Escola Superior Sant'Anna de Estudos Universitários e Aperfeiçoamento, na Itália, com um período sanduíche na Universidade de Bath, na Inglaterra, centro de referência mundial em fibras ópticas.

De volta ao Brasil em 2006, Cerqueira cursou o pós-doutorado na Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação da Unicamp. Nesse período, ministrou diversos minicursos sobre as PCF. Atualmente, o pesquisador tem auxílio da FAPESP para desenvolver um sistema de rádio sobre fibra com antena integrada para monitoração e controle de processos.

Bibliografia: 
Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers
Arismar Cerqueira S Jr
Report on Progress in Physics
21 January 2010
Vol.: 73 024401 (21pp)
DOI: 10.1088/0034-4885/73/2/024401

Novo tecido pode ser moldado sem costuras

Cientistas descobrem como surge a matéria

Super laser poderá criar matéria do nada

Moisés de Freitas - 20/08/2010

Vácuo quântico

Cientistas acreditam que o projeto ELI será suficiente para gerar 10²⁶ Watts por centímetro quadrado, o suficiente para tornais reais as partículas virtuais. [Imagem: ELI]

Você decididamente não encontrará um cientista querendo falar sobre "energia extraída do nada".

Mas alguns já estão dispostos a falar sobre extrair matéria do nada. Ou, pelo menos, do espaço "aparentemente" vazio.

Se o feito pode se assemelhar a alguma espécie de "criação" é coisa que ficará para os filósofos discutirem.

De qualquer forma, como parece ser bem adequado ao tema, é necessário começar do começo.

O princípio de incerteza de Heisenberg, um dos pilares da mecânica quântica, implica que nenhum espaço pode estar verdadeira e inteiramente vazio. De fato, e para desespero final dos materialistas, a ciência já demonstrou que a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico.

Em termos absolutamente singelos, vácuo quântico é o "nada" visto por um físico. "Visto" pode parecer força de expressão, mas não é: na verdade, os físicos já conseguiram capturar e armazenar o seu "nada".

É desse vazio que nunca é vazio que emerge a matéria. Flutuações aleatórias do vácuo quântico geram constantemente uma multiplicidade de partículas, as chamadas partículas virtuais, entre elas elétrons e pósitrons.

Assim, caso ainda não estivesse a par, saiba que a física quântica, a meros cento e poucos anos, decretou que o nada é uma impossibilidade. "Não há nada" passou a ser uma proposição intransitiva, que não exige complemento.

Antimatéria

Flutuações aleatórias do vácuo quântico geram constantemente uma multiplicidade de partículas, as chamadas partículas virtuais. [Imagem: ELI]

Elétrons são bem conhecidos, deram nome à eletrônica. Os pósitrons também já estão sendo úteis na maioria dos laboratórios clínicos e hospitais, nos famosos exames de tomografia por emissão de pósitrons, PET-Scan para os "sigla-maníacos".

Menos sabido é que os pósitrons são partículas de antimatéria - mais especificamente, são antielétrons. Como elétrons e pósitrons surgem aleatoriamente do vácuo quântico, eles se encontram e se aniquilam quase com a mesma rapidez com que surgem. E esse equilíbrio de matéria e antimatéria garante que não fique jorrando matéria do nada o tempo todo.

O que os físicos querem fazer agora é tornar reais essas partículas virtuais, fazê-las romper o limiar de sua vida efêmera e trazê-las à existência real.

A possibilidade de que isso aconteça foi prevista por Fritz Sauter, em 1931. Segundo ele, um campo elétrico forte o suficiente pode transformar as partículas virtuais em partículas reais de tal forma que possam ser detectadas.

A dificuldade sempre esteve justamente nesse "campo elétrico forte o suficiente".

Super laser

Esquema da produção de pares de elétrons-pósitrons. [Imagem: ELI]

Alexander Fedotov e seus colegas da Rússia, França e Alemanha, acreditam que o experimento, finalmente, começará ser viabilizado por volta de 2015, quando será inaugurada a primeira etapa do Extreme Light Infrastructure (ELI).

O ELI, um projeto conjunto de 13 países europeus, será o laser de maior potência já construído, cerca de seis vezes mais forte do que os mais fortes atualmente. Ele deverá gerar pulsos ultra curtos de radiação de alta energia - cerca de 100 GeV - suficientes para fazer com que partículas acelerem até próximo da velocidade da luz.

Fedotov e seus colegas acreditam que o ELI será suficiente para gerar 10²⁶ Watts por centímetro quadrado. Segundo seus cálculos, isso será o bastante para dar vida às partículas virtuais.

Em 1997, uma equipe do acelerador SLAC, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, conseguiu criar pares de elétrons-pósitrons. Mas a potência do ELI poderá permitir uma reação em cadeia, criando os pares aos milhões.

Segundo Fedotov e seus colegas, o primeiro par de elétron-pósitron criado será acelerado pelo laser, gerando luz. Estes fótons, juntamente com os demais fótons do laser, vão criar mais pares, que gerarão mais fótons para se juntar ao laser, e assim por diante, fazendo finalmente a matéria jorrar do nada. Ou melhor, jorrar do vácuo quântico.

Impensável

Enquanto esperam até que os engenheiros façam o seu trabalho, o físicos continuarão procurando pela quarta propriedade do elétron, que também poderá lançar alguns fótons sobre o paradeiro de toda a antimatéria que teria sido criada no Big Bang.

Ou sonhando com o super colisor de partículas linear, que deverá ser o sucessor do LHC, e que promete não apenas responder a algumas dessas questões eterealmente imateriais, como lançar outras exponencialmente mais impensáveis.

Bibliografia:
Limitations on the attainable intensity of high power lasers
A.M. Fedotov, N.B. Narozhny, G. Mourou, G. Korn
Physical Review Letters
August 18, 2010
Vol.: 105, 080402 (2010)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.080402
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1004/1004.5398v1.pdf

Intel investe em fotônica

Intel apresenta chip fotônico a laser para substituir fios de cobre

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/07/2010

A Intel anunciou um avanço importante rumo à utilização de feixes de luz para substituir o uso da eletricidade no transporte dos dados nos computadores.

A empresa desenvolveu um protótipo de chip fotônico que realizou, pela primeira vez, uma transmissão óptica de dados com lasers integrados em um chip de silício.

O link óptico é capaz de transmitir dados a distâncias maiores e em velocidades muito mais rápidas do que é possível com a tecnologia atual, chegando a até 50 gigabits de dados por segundo - isso equivale a transferir um filme inteiro em alta definição a cada segundo.

Chip fotônico

O feito é a primeira demonstração prática de um chip fotônico criado pela empresa em 2006 - veja Chip que emite e dirige luz poderá levar fotônica aos computadores.

Os chips dos computadores atuais são interligados por fios de cobre ou por trilhas metálicas nas placas de circuito impresso. Devido à degradação do sinal gerada quando metais são utilizados para transmitir dados, esses cabos têm que ser muito curtos.

Isso limita o projeto dos computadores, porque exige que processadores, memória e outros componentes sejam colocados a poucos centímetros uns dos outros.

O novo chip fotônico é um passo importante para substituir essas conexões - que usam elétrons para transferir dados - por finíssimas fibras ópticas - que usam fótons para transferir muito mais dados a distâncias muito maiores.

A grande vantagem do novo chip fotônico é a sua construção baseada no silício, que é muito mais barato e fácil de lidar do que outros materiais pesquisados na área, como o arseneto de gálio.

Super telas 3D e datacenters

O impacto da fotônica à base de silício vai além do interior dos computadores. Com as taxas de transmissão de dados alcançadas com esta tecnologia é possível imaginar telas 3D gigantescas, ocupando paredes inteiras, com uma resolução tão alta que será difícil distinguir o ambiente da sala do ambiente do filme.

Os datacenters também terão muito a ganhar, podendo ficar espalhados por vários locais diferentes, em vez de ficarem restritos a espaços pequenos, limitados pelos grossos cabos de cobre que interligam os diversos servidores.

O link de 50Gbps é estabelecido por dois chips fotônicos de silício, ambos com lasers integrados, um funcionando como transmissor e outro como receptor. [Imagem: Intel]

A tecnologia ainda não está pronta para chegar ao mercado. Justin Rattner, chefe do Intel Labs, afirma que o link de 50 Gbps pode ser comparado a um "veículo conceito", que permite que os engenheiros da empresa testem novas ideias e aprimorem as tecnologias para transmitir dados a velocidades crescentes.

O campo das telecomunicações já utiliza lasers para transmitir informações opticamente, mas essas tecnologias, em seu nível atual, são caras e volumosas demais para serem usadas dentro de um computador pessoal.

Um HD inteiro em um segundo

O link de 50Gbps é estabelecido por dois chips fotônicos de silício, ambos com lasers integrados, um funcionando como transmissor e outro como receptor.

O chip transmissor é composto por quatro lasers, cujos feixes de luz são dirigidos a um modulador óptico, responsável por codificar os dados a 12,5 Gbps. Os quatro feixes são então combinados e injetados em uma única fibra óptica, alcançando a taxa de transferência total de 50Gbps.

Na outra ponta do link, o chip receptor faz o inverso, separando a luz da fibra óptica nos quatro feixes individuais e enviando-os para os fotodetectores, que convertem os dados de volta em sinais elétricos.

Os pesquisadores já estão trabalhando para aumentar a taxa de transferência de dados. Para isso eles pretendem acelerar o modulador e aumentar o número de lasers por chip, abrindo caminho, segundo eles, para os links ópticos do futuro, na faixa dos terabits por segundo - o suficiente para transferir todos os dados de um laptop típico em um segundo.

Carro Solar - Marcelo da Luz

Olá Agilberto, Quando estava fazendo o tour até o Ártico e atravessando a América do Norte, espero que tenha gostado das fotos. Pois é, recentemente o XOF1 conquistou um grande desafio, atravessou a estrada de gelo mais longa do planeta. Anexado estão algumas fotos abaixo e um link da cobertura da CBC sobre o desafio do gelo. Estou planejando a continuação do tour do Ártico até Argentina, terminando no Brasil. Abraços. Marcelo da Luz The Power of One, solar car project Ph. E-Mail: mdaluz@xof1.com Website: www.xof1.com _______________________________________ e-mail enviado pelo Marcelo.

Links relacionados O projeto do Carro XOF1 The National Blog do Planeta --- Vídeos Sob o Sol do Ártico No interior do carro solar Sob o Sol do Ártico - promo ---

Como é o carro

O XOF1 leva apenas uma pessoa e pesa 300 kg (incluindo o peso do motorista). Tem cinco metros de comprimento, 1,8 metro de largura e 90 centímetros de altura. Tem três rodas, duas na dianteira e uma na parte traseira. Placas instaladas na carroceria com fotocélulas captam a energia solar e a transmitem para uma bateria do motor em forma de energia elétrica. O motor capaz de fazer o veículo acelerar a 120 km/h.

Em tempo: o nome XOF1, de acordo com o brasileiro, representa as iniciais da frase 'The power of one' (ou seja, 'o poder de um'). "Este nome reflete a idéia do efeito dominó, onde uma peça pode não mudar o mundo, mas insipirar as outras a ajudar a fazer as coisas acontecerem", escreve Da Luz em seu site.

O brasileiro Marcelo da Luz já viajou mais de 36.200 km a bordo do Carro Solar.
Agora Marcelo da Luz procura patrocínio e se prepara para mais uma grande aventura, em abril de 2010  o roteiro deve ser esticado para o Brasil.

As Fotos:

Ice Road Challenge 2010 from XOF1 on Vimeo.

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Cientista diz ter sido infectado com vírus de computador

Rory Cellan-Jones - BBC - 26/05/2010

Contaminação humano-digital

O cientista britânico Mark Gasson, da Universidade de Reading, contaminou um chip com um vírus de computador e, a seguir, implantou o chip em sua mão.

Gasson demonstrou em experiências que o chip tem a capacidade de passar o vírus de computador para sistemas de controle externos.

Se outros chips implantados fossem então conectados ao sistema eles também ficariam corrompidos, segundo o cientista.

O artefato, que o permite passar por portas com código de segurança e ativar seu telefone celular, é uma versão sofisticada dos chips de identificação utilizados para marcar animais, as chamadas etiquetas RFID.

Vírus digitais entre humanos

Gasson admite que o teste apenas prova um princípio, mas ele acredita que existam implicações importantes para um futuro em que aparelhos médicos, como marcapassos e implantes cocleares (dispositivos eletrônicos que ajudam a proporcionar uma sensação de som para pessoas surdas) se tornarão mais sofisticados e correrão o risco de ser contaminados por outros implantes humanos.

O cientista prevê que no futuro vá ser feito maior uso de tecnologia implantada.

"Este tipo de tecnologia passou a ser comercializado nos Estados Unidos como um tipo de bracelete de alerta médico, para escanear seu histórico médico no caso de você ser encontrado inconsciente."

Transhumanismo

"Com os benefícios deste tipo de tecnologia vêm os riscos. Nós podemos nos melhorar de alguma forma, mas assim como as melhorias de outras tecnologias, como os telefones celulares, por exemplo, elas se tornam vulneráveis a riscos, como problemas de segurança e vírus de computador", afirmou Gasson.

Gasson está se referindo às propostas do transhumanismo, que pretende incorporar benefícios da tecnologia para criar "humanos melhorados" - veja mais em Você está preparado para conviver com os humanos aprimorados?.

Implantes não-médicos

O professor Rafael Capurro, do Instituto de Ética da Informação Steinbeis-Transfer, na Alemanha, disse à BBC News que a pesquisa é "interessante".

"Se alguém for capaz de obter acesso online a seu implante pode ser algo sério", disse.

Capurro contribuiu para um estudo para a Comissão Europeia em 2005 que analisou o desenvolvimento de implantes digitais e o possível abuso deles.

"De um ponto de vista ético, a vigilância de implantes pode ser positiva e negativa", afirmou.

"Vigilância pode ser parte do tratamento médico, mas se alguém quer te prejudicar pode ser um problema."

Além disso, afirmou Capurro, deve haver cautela se implantes com capacidade de vigilância começassem a ser utilizados fora do campo médico.

Cirurgia eletrônica

Porém, Gasson acredita que vai haver uma demanda para estes aplicativos não-fundamentais, assim como as pessoas pagam por cirurgia plástica.

"Se nós encontrarmos uma forma de melhorar a memória ou o QI de alguém, então há uma possibilidade real de que as pessoas resolvam ter este tipo de procedimento invasivo."

Material fotorreversível põe 500 Blu-ray em um único disco

Os pesquisadores usaram um material baseado em nanocristais de pentóxido de titânio (Ti3O5), que eles criaram sinterizando o óxido de titântio (TiO2) com hidrogênio.[Imagem: Ohkoshi et al./Nature Chemistry]

Jon Cartwright - RSC - 28/05/2010

Um grupo de químicos japoneses criou o primeiro material capaz de sofrer uma transição fotorreversível de metal para semicondutor.

Segundo eles, a descoberta terá aplicação direta no armazenamento óptico de dados em ultra-alta densidade, com discos capazes de conter até 500 vezes a densidade de um disco Blu-ray.

Alterar a matéria com luz

Nos últimos anos tem havido um interesse crescente na busca de formas de alterar as propriedades físicas da matéria.

A temperatura e a pressão podem transformar materiais, digamos, de isolantes para condutores ou de não-magnéticos para magnéticos - mas os dois parâmetros são de difícil controle no interior de complexos dispositivos de memória em nanoescala.

Em vista disso, os pesquisadores começaram a procurar por formas de alterar a matéria usando luz - as chamadas transições de fase fotoinduzidas - cujo "estímulo" para a alteração da matéria é dado por um laser.

Recentemente, o laser foi usado para criar magnetismo artificial, para permitir que físicos enxergassem através de materiais opacos, para retorcer estruturas rígidas e até para criar um fenômeno quântico conhecido como transparência induzida por luz.

Transição fotoinduzida

Agora, Shin-ichi Ohkoshi e seus colegas da Universidade de Tóquio produziram o que pode ser a transição fotoinduzida - a passagem de um material de uma fase para outra pela ação da luz - mais prática e mais útil já demonstrada.

Segundo os pesquisadores, a transição de metal para semicondutor satisfaz os três requisitos principais para o armazenamento óptico de dados:

1. ela funciona a temperatura ambiente;
2. o estímulo é dado por luz na faixa do ultravioleta - o que é essencial para as memórias de alta densidade;
3. e a luz necessária para gravar os dados na memória é de baixa potência.

Cristais de titânio

Os pesquisadores usaram um material baseado em nanocristais de pentóxido de titânio (Ti3O5), que eles criaram sinterizando o óxido de titântio (TiO2) com hidrogênio.

Os nanocristais de Ti3O5 estão normalmente em um estado de mínima energia, conhecido como "lambda", no qual o material é um condutor metálico.

No entanto, a irradiação dos nanocristais com luz ultravioleta faz com que eles saltem para um outro nível mínimo de energia, o estado "beta", no qual as cargas ficam deslocalizadas, como em um semicondutor.

Para colocar os nanocristais de volta para o estado lambda, basta irradiá-los novamente com luz ultravioleta de um comprimento de onda um pouco menor.

500 Blu-Ray em um disco

"O que eu acho mais interessante para as potenciais aplicações é o fato de que o material obtido é nanoestruturado - isto é, ele possui intrinsecamente uma resolução muito alta e, portanto, pode ser apropriado para armazenamento de dados de ultra alta densidade," diz Alex Kolobov, um especialista em mudança de fase de materiais do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Avançadas do Japão.

Na verdade, o grupo de Ohkoshi acredita que um sistema de memória baseado nos novos nanocristais seria capaz de acomodar uma densidade de dados de 1 terabit por polegada quadrada, ou 500 vezes mais do que um disco Blu-ray.

Eles agora estão planejando criar um protótipo de sistema desse tipo usando a luz de "campo próximo" de um microscópio eletrônico de varredura.

Bibliografia:

Synthesis of a metal oxide with a room-temperature photoreversible phase transition

Shin-ichi Ohkoshi, Yoshihide Tsunobuchi, Tomoyuki Matsuda, Kazuhito Hashimoto, Asuka Namai, Fumiyoshi Hakoe, Hiroko Tokoro

Nature Chemistry

23 May 2010

Vol.: Published online

DOI: 10.1038/nchem.670

4ª Conferência Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação

Conferência aponta desafios para a ciência brasileira

Fábio de Castro - Agência Fapesp - 28/05/2010

Pesquisadores reunidos na 4ª Conferência Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação (CNCTI), em Brasília, apresentaram, nesta quinta-feira (27/5), um diagnóstico dos principais desafios para a ciência no país.
Produção acadêmica
Apoio à ciência fundamental, retomada das altas taxas de formação de doutores, aumento do impacto internacional e investimentos focados nos centros de excelência estão entre os tópicos destacados pelos participantes da plenária "A ciência básica e produção do conhecimento: um desafio para o Brasil". A conferência se encerra nesta sexta-feira (28/5)
De acordo com Carlos Henrique de Brito Cruz, diretor científico da FAPESP, um dos conferencistas, o Brasil tem ficado ano após ano, desde o início da década de 1990, entre os quatro países com maior crescimento em número de artigos científicos publicados. Em termos qualitativos, também houve progressos importantes, com artigos de pesquisadores brasileiros tendo cada vez mais destaque em importantes revistas internacionais.
"A ciência nacional tem experimentado uma ascensão vigorosa em quantidade e qualidade. Um dos nossos desafios, nesse contexto, é a questão do impacto dessa ciência produzida no Brasil. A evolução do número de citações é crescente, mas ainda está abaixo da média mundial", destacou.
Doutores brasileiros
Outro desafio, segundo Brito Cruz, é retomar o aumento na taxa de crescimento da formação de doutores. Até 2003, o número de doutores formados crescia cerca de 18% anualmente. Desde então, passou a crescer a aproximadamente 5% ao ano.
"Os números mostram que existe alguma restrição importante operando no sistema brasileiro, 'puxando o freio de mão' da formação de doutores. É preciso multiplicar por três o número de pesquisadores para o Brasil atingir patamares semelhantes ao da Espanha, por exemplo", afirmou.
Sabedoria para a humanidade
Brito Cruz destacou também o desafio de apoiar a ciência fundamental. Segundo ele, o mundo vive um momento excessivamente utilitarista e há uma pressão para que as pesquisas sirvam para fazer as empresas mais competitivas, curar doentes ou gerar riquezas. No entanto, é preciso valorizar a ciência que tem a função de tornar a humanidade mais sábia.
"Não se pode privilegiar uma vertente. É preciso ter as duas coisas. A FAPESP tem uma excelente experiência nesse sentido, oferecendo formas de apoio voltadas para projetos ousados que necessitam de cinco anos ou mais para serem realizados. A ciência básica, por não ser utilitarista, eventualmente pode precisar de prazos mais longos, especialmente em certas áreas", explicou.
Brito Cruz defendeu que a pesquisa básica receba apoio institucional. "Se o Brasil quer ter uma ciência competitiva, as instituições precisam dar ao pesquisador apoio semelhante ao oferecido pelos concorrentes. O cientista deve se preocupar em fazer ciência, não em fazer prestação de contas, ou buscar visitantes no aeroporto", disse, sob aplausos do auditório lotado.
Recursos pulverizados
Sergio Danilo Junho Pena, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), destacou que o Brasil chegou ao 13º lugar em número de publicações - tendo ultrapassado recentemente a Holanda e a Rússia -, mas está apenas em 24º no ranking de citações. Segundo ele, vários fatores explicam o descompasso entre a força da ciência nacional e sua influência no cenário internacional.
"Um desses fatores é que a nossa pesquisa está baseada na pós-graduação. O aluno precisa partir de um projeto, com um fim já em mente e com um prazo imposto para terminar. A pesquisa resultante é muito conservadora, desprovida de inovação", disse.
Além disso, segundo Pena, outro desafio a ser enfrentado é a pulverização de recursos. "Há uma tentativa de tentar forçar o investimento pulverizado para privilegiar estados com menos recursos. Mas o correto seria investir onde já há excelência, para evoluir mais ainda no conjunto", defendeu.
Demanda criacionista
Outro desafio a ser enfrentado seria repensar o tipo de demanda feito pelas agências de fomento, que exigem projetos com começo, meio e fim perceptíveis para os avaliadores.
"Chamo isso de demanda criacionista, porque parte do pressuposto de que a ciência tem um 'design inteligente'. A metodologia da ciência não é um desenho, ela ocorre naturalmente, por seleção natural de ideias. Precisamos ser evolucionistas nesse sentido", disse.
Pena citou o cientista Linus Pauling, que dava a receita para a concepção de boas ideias: ter muitas ideias e jogar fora as ruins.
"Para identificar as ideias ruins, é preciso ter experimentação e, para isso, é preciso ter recursos. Na pesquisa de risco, é preciso apostar de vez em quando em ideias inovadoras e não apenas naquilo que já se mostra bom a priori. A solução adequada seria voltar o foco, pelo menos em alguns casos, para a trajetória do pesquisador e não exclusivamente para o projeto", disse.
Presença internacional da ciência brasileira
Jacob Palis, presidente da Academia Brasileira de Ciências (ABC), chamou a atenção para a contribuição das fundações de amparo à pesquisa (FAPs) para a ascensão da ciência brasileira. "As FAPs atuam em conjunto e apresentam várias propostas de políticas públicas envolvendo órgãos da esfera federal", disse.
Para Palis, o maior desafio será multiplicar por três, até 2020, o contingente de pessoal envolvido com ciência, de técnicos de laboratório a doutores. "Temos que acelerar esse processo sem perder qualidade. Isso exigirá um esforço muito grande da comunidade científica e empresarial. Será preciso aumentar os investimentos em ciência para atingir, em dez anos, um patamar de cerca de 2% do PIB", afirmou.
Segundo Palis, a presença internacional da ciência brasileira aumenta continuamente e o país passou a atuar em instâncias como o G8+5 de Academias de Ciência, o Fórum Internacional de Ciência e Tecnologia para a Sociedade (STS Forum), a Academia de Ciências para o Mundo em Desenvolvimento (TWAS), o International Council for Sciences (ICSJU), a Rede Interamericana de Academias de Ciências (Ianas), o Interacademy Panel e o Interacademy Council.
"Possivelmente, em 2013 também estaremos no Fórum Mundial de Ciências. A cooperação internacional é vital para o nosso avanço científico", disse.
Redesenho institucional e conceitual
Segundo Jailson Bittencourt de Andrade, do Instituto de Química da Universidade Federal da Bahia, no fim do século 20 as fronteiras entre as várias disciplinas foram apagadas, especialmente nos casos da química, biologia, física e matemática. Os principais desafios científicos, segundo ele, estão nessas fronteiras e não mais nos núcleos duros das disciplinas.
"O grande desafio é fazer um redesenho institucional e conceitual do sistema de pesquisa. Do lado conceitual, o foco não deve ser mais as disciplinas. Do lado institucional, é preciso repensar os departamentos que formam as universidades e, hoje, estão em sua maior parte obsoletos, formando barreiras à interdisciplinaridade", disse.
Segundo Andrade, a agenda do século 21 envolve a sustentabilidade e a inovação, em um contexto no qual os sistemas de energia, água, meio ambiente e alimentos estão integrados.
"Essa agenda implica uma visão sistêmica e conectada entre ciência básica e tecnológica. Nessa agenda, é preciso educar para inovar e inovar para educar", defendeu.

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