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Acelerador de partículas é construído dentro de um chip Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/01/2020 Imagem 1: Acelerador de partículas em um Chip _1 Esta imagem, ampliada 25.000 vezes, mostra uma seção do acelerador em um chip. A versão funcional terá 1.000 seções iguais a esta, o que permitirá acelerar os elétrons a 94% da velocidade da luz. [Imagem: Neil Sapra] Acelerador em um chip A miniaturização dos aceleradores de partículas atingiu a casa dos centímetros no ano passado. Agora, acaba de ser criado um acelerador que cabe inteiro dentro de um chip. Embora ainda não alcance a energia gerada nos aceleradores tradicionais - que podem medir quilômetros de extensão ou diâmetro - o chip usa um laser infravermelho para gerar, numa distância menor do que o diâmetro de um fio de cabelo, uma energia que até agora só havia sido obtida com micro-ondas em distâncias na faixa dos metros. O acelerador em um chip é apenas um protótipo, mas as técnicas de projeto e fabricação podem ser ampliadas para fornecer feixes de partículas acelerados o suficiente para realizar experimentos de ponta em química, ciência dos materiais e biologia que não exijam o poder de um acelerador gigantesco, sem contar com a possibilidade de portabilidade. "Os maiores aceleradores são como telescópios poderosos. Existem poucos no mundo e os cientistas precisam vir a lugares como o SLAC [National Accelerator Laboratory - EUA] para usá-los. Queremos miniaturizar a tecnologia do acelerador de uma maneira que a torne uma ferramenta de pesquisa mais acessível," disse Jelena Vuckovic, coordenadora da equipe. Imagem 2: Acelerador de partículas em um Chip _2 Os mil estágios de aceleração necessários para aplicações práticas continuarão cabendo dentro de um único chip. [Imagem: Neil V. Sapra et al. - 10.1126/science.aay5734] Acelerador de partículas portátil O acelerador em um chip foi criado usando as técnicas tradicionais de litografia, as mesmas usadas para criar os componentes eletrônicos dos chips tradicionais. A diferença é que, em vez de criar transistores, a litografia foi usada para criar nanocanais no bloco de silício. Quando os nanocanais foram selados a vácuo, tornou-se possível enviar elétrons através deles, enquanto pulsos de luz infravermelha - para a qual o silício é transparente como o vidro é transparente para a luz visível - transmitidos ao longo do mesmo canal fornecem a energia necessária para acelerar os elétrons. Para testar a eficácia desses miniaceleradores, Neil Sapra e seus colegas avaliaram seu uso disparando o feixe de elétrons acelerado diretamente para um tumor in vitro e verificando que o tecido ao redor não era afetado. Quando a técnica estiver totalmente desenvolvida, isso poderá significar a virtual eliminação dos efeitos colaterais desses tratamentos - hoje os pacientes precisam usar proteções de chumbo para evitar danos aos tecidos saudáveis. Os pesquisadores querem acelerar os elétrons a 94% da velocidade da luz, ou 1 milhão de elétrons-volts (1MeV), para criar um fluxo de partículas poderoso o suficiente para fins médicos ou de pesquisa. Este chip protótipo conta com apenas um estágio de aceleração, e o fluxo de elétrons precisará passar por cerca de 1.000 desses estágios para atingir 1MeV. A equipe pretende ter esse acelerador funcional até o final deste ano, e já calculou que os mil estágios de aceleração exigirão um chip de pouco mais de dois centímetros de comprimento. Bibliografia: Artigo: On-chip integrated laser-driven particle accelerator Autores: Neil V. Sapra, Ki Youl Yang, Dries Vercruysse, Kenneth J. Leedle, Dylan S. Black, R. Joel England, Logan Su, Rahul Trivedi, Yu Miao, Olav Solgaard, Robert L. Byer, Jelena Vukovic Revista: Science Vol.: 367, Issue 6473, pp. 79-83 DOI: 10.1126/science.aay5734 Fonte: Inovação Tecnológica https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=acelerador-particulas-construido-dentro-chip&id=010115200108#.XnBE1nJKhph

Os motores de dobra acabam de entrar no reino do "permitido pela Física". [Imagem: NASA] Motor de dobra realístico A ideia de construir um "motor de dobra" saiu do reino da ficção para o reino das teorias científicas por meio do físico mexicano Miguel Alcubierre, em 1944. Alcubierre propôs um esquema para construir um motor de dobra que não é especificamente um motor, mas uma bolha que faria com que o espaço-tempo à frente da bolha se contraísse, expandindo-se logo atrás dela - a espaçonave poderia literalmente surfar dobrando o espaço-tempo, sem nenhuma aceleração e sem entrar em conflito com a Teoria da Relatividade. O problema é que, para construir essa nave em forma de gota, seria necessário um tipo de matéria exótica, com energia negativa, o que fez grande parte dos físicos torcerem o nariz para a teoria porque não existe comprovação de que tal material seja factível. Agora, contudo, dois físicos publicaram o primeiro modelo de motor de dobra que não fere nenhum conceito da física e não exige nenhuma matéria exótica e nenhum ingrediente que já não esteja incluído nas teorias físicas aceitas pela comunidade científica. Motor de dobra genérico "Muitas pessoas no campo da ciência estão cientes do motor de Alcubierre e acreditam que os motores de dobra não são físicos [não são possíveis pela Física] por causa da necessidade de energia negativa," disse Alexey Bobrick, da Universidade Lund, na Suécia. "Isso, no entanto, não é mais correto; seguimos em uma direção diferente da NASA e outros [pesquisadores], e nossa pesquisa mostrou que existem, na verdade, várias outras classes de motores de dobra na Relatividade Geral. Em particular, formulamos novas classes de soluções de motores de dobra que não requerem energia negativa e, assim, tornam-se físicos," completou. Na verdade, o modelo criado pela dupla é genérico, unificando todas as propostas de motores de dobra feitas anteriormente, sendo o motor de Alcubierre apenas um desses casos. Curiosamente, o motor de dobra precisa ter um formato plano ou muito achatado - quase como um disco voador. [Imagem: Applied Physics] Física e matematicamente possível A Teoria da Relatividade proíbe que qualquer coisa viaje acima da velocidade da luz, mas isso não vale para o próprio tecido do espaço-tempo, que pode se curvar em qualquer velocidade. Assim, a proposta é construir uma nave com uma densidade suficiente para fazer o espaço-tempo se curvar. Quanto mais fina for a parte frontal da nave, menos massa será necessário para conseguir isso. Além de que tudo agora cabe direitinho dentro das teorias, o resultado final não é tão diferente das propostas anteriores. Uma das novidades é que, enquanto nas propostas anteriores o motor de dobra não é realmente um motor, mas uma esfera que surfa por ondas do espaço-tempo, pelo novo modelo o motor de dobra exigirá propulsão, consistindo de um casco externo, com o formato o mais próximo possível de um disco, feito de matéria comum ou exótica, que surfará inercialmente depois de ter atingido uma velocidade determinada. "Apresentamos o primeiro modelo geral para motores de dobra subluminais de energia positiva, esfericamente simétricos; a construção de soluções para motores de dobra superluminais que satisfazem as desigualdades quânticas; fornecemos otimizações para a métrica de Alcubierre, que diminui as necessidades de energia negativa em duas ordens de magnitude; e introduzimos um motor de dobra espaçotemporal no qual a capacidade de espaço e a taxa de tempo podem ser escolhidas de maneira controlada," escreveram eles. Espécie interestelar O fato de ser matemática e fisicamente possível, não significa que agora ficou fácil construir um motor de dobra. A nova teoria torna isso possível, mas ainda exigirá o uso de materiais com uma densidade inalcançável pelos meios tecnológicos disponíveis, devido à massa necessária para construir essa nave-motor. Isso, contudo, não tira o entusiasmo da dupla. "Embora ainda não possamos quebrar a velocidade da luz, não precisamos fazer isso para nos tornarmos uma espécie interestelar. Nossa pesquisa de propulsão de dobra tem o potencial de nos unir a todos," disse Gianni Martire, coautor da proposta. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=motor-dobra-construido-sem-quebrar-leis-fisica&id=010130210304

A equipe acredita ter resolvido o maior entrave técnico para viabilizar o maior laboratório científico do mundo. [Imagem: Liu Tao et al. - 10.1103/PhysRevLett.134.051401] Astronomia de ondas gravitacionais Desde 2015, observatórios como o LIGO e o VIRGO abriram uma nova janela para o Universo. Ao detectarem as primeiras ondas gravitacionais, esses longos e compridos observatórios mostraram que esses eventos são tão interessantes que fizeram emergir uma nova disciplina, a astronomia das ondas gravitacionais. Esses observatórios têm braços de 4 km de comprimento, onde feixes de laser vêm e vão - qualquer onda gravitacional que passar por eles deturpa o espaço-tempo, criando uma diferença de tempo entre a luz que vai e a luz que volta. Mas os cientistas querem mais. E empurrar a capacidade de detecção de ondas gravitacionais para detectar aquelas emitidas pelos primeiros momento da história do Universo, antes da formação das primeiras estrelas, exigirá níveis de potência do laser excedendo 1 megawatt, o que está muito além das capacidades técnicas dos observatórios atuais. Foi por isso que surgiu o projeto do Explorador Cósmico, um detector de ondas gravitacionais que deverá ter dois braços de 40 km de comprimento cada um, o que o tornará o maior instrumento científico já construído, muito maior do que o LHC, o maior acelerador de partículas do mundo, com seus 26 km. Isso permitirá que o detector de ondas gravitacionais alcance potências extremas de laser. "Eu espero que um dia possamos detectar alguma fonte que seja completamente inesperada e imprevisível. Se você olhar para a história da astronomia, toda vez que desenvolvemos telescópios eletromagnéticos que podiam observar um comprimento de onda de luz diferente, que nunca havia sido observado antes, vimos o Universo literalmente sob uma nova luz e quase sempre descobrimos novos tipos de objetos visíveis naquela faixa de comprimento de onda, mas não em outras. Espero que o mesmo seja verdade para as ondas gravitacionais," disse o professor Jonathan Richardson, da Universidade da Califórnia em Riverside, um dos proponentes do Explorador Cósmico. Princípio da nova técnica de óptica adaptativa. [Imagem: Richardson Lab/UC Riverside] Solução óptica Uma das maiores inovações, que está tornando possível transformar a ideia do Explorador Cósmico em um projeto de engenharia, consiste em uma nova abordagem de óptica adaptativa de baixo ruído e alta resolução que pode corrigir as limitantes distorções apresentadas hoje pelos espelhos principais de 40 quilogramas do LIGO, que surgem com o aumento da potência do laser devido ao aquecimento. Esses espelhos são necessários para refletir o feixe de luz de ida, criando o feixe de luz de volta. Só que, quanto mais potente o feixe, mais o espelho aquece, o que interfere com o próprio feixe de luz que volta. Os novos dispositivos ópticos adaptativos foram projetados para fornecer padrões de aquecimento direcionados em forma de anel à superfície do núcleo óptico, permitindo controlar o efeito do aumento da distorção térmica à medida que a potência do laser aumenta em direção à escala dos megawatts. "Nosso instrumento foi projetado para ficar a apenas alguns centímetros na frente da superfície reflexiva desses espelhos e projetar radiação infravermelha corretiva de ruído muito baixo na superfície frontal do espelho. É o primeiro protótipo para um tipo totalmente novo de abordagem que usa princípios ópticos sem geração de imagens, que nunca foram usados na detecção de ondas gravitacionais antes," disse Richardson. Pelos cálculos dos cientistas, um detector de ondas gravitacionais com 40 km de comprimento e lasers na casa dos megawatts será capaz de ver o Universo em tempos anteriores a quando se acredita que as primeiras estrelas se formaram, quando o Universo tinha cerca de 0,1% de sua idade atual de 14 bilhões de anos. O Explorador Cósmico entra agora na fase mais inicial de projeto, e ainda não há previsão de quando ele começará a ser construído. Fonte: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=explorador-cosmico-sera-maior-instrumento-cientifico-ja-construido&id=010130250226