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Átomos flutuantes para medir a gravidade

25.11.2019

Um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley descobriu uma nova maneira de medir as forças da gravidade e os efeitos associados a essas forças. A base desse método é medir as menores diferenças entre átomos em estado de superposição quântica, que são mantidos em estado "flutuante" por luz laser dentro de uma câmara de vácuo. Os pesquisadores de Berkeley acreditam que esse novo método, em alguns casos, será mais conveniente e útil do que os métodos tradicionais de fazer essas medições que são usados atualmente.

A maneira padrão atual de medir a gravidade e realizar experimentos com a gravidade da Terra é soltar vários objetos de uma certa altura. Ao mesmo tempo, os objetos são lançados dentro de tubos verticais, dentro dos quais é criado um vácuo de grande profundidade e que são ao mesmo tempo uma tela que bloqueia a influência de vários fatores externos em equipamentos de medição altamente sensíveis.

Infelizmente, esses métodos dão aos cientistas a oportunidade de observar os efeitos das forças gravitacionais por apenas um tempo bastante curto; além disso, os resultados de tais experimentos são frequentemente distorcidos pela influência não intencional de campos magnéticos e elétricos externos. O novo método permite que a gravidade seja medida de uma maneira que não use objetos em queda ou em movimento.

Para medir a gravidade com o novo método, uma nuvem de átomos de césio é pulverizada dentro de uma pequena câmara de vácuo. Em seguida, com a ajuda de flashes de luz laser, esses átomos são colocados em estado de superposição quântica, separados em pares que ocupam posições fixas no espaço. Além disso, tudo está organizado de tal forma que um átomo do par é sempre mais alto que o segundo átomo.

O valor medido neste método é o valor que reflete numericamente a componente de onda de cada átomo, que, sendo uma partícula quântica, tem a propriedade do dualismo onda-quântica, sendo partícula e onda ao mesmo tempo. Diferenças nos valores medidos de partículas localizadas em diferentes distâncias da Terra e permite calcular o valor da gravidade com uma precisão bastante alta.

Observe que o novo método de medição da gravidade tem várias vantagens significativas. Com sua ajuda, você pode realizar medições por um tempo arbitrariamente longo, aumentando assim a precisão dos valores obtidos. Além disso, o mesmo método pode ser usado não apenas para medir as forças da gravidade terrestre, mas também as forças de interações gravitacionais entre duas partículas, como os átomos de césio usados no experimento.

Devido ao pequeno tamanho da câmara de vácuo, esta câmara é muito mais fácil de blindar e proteger de todas as possíveis influências externas indesejáveis. Graças a isso, no futuro será possível criar um dispositivo suficientemente portátil que possa ser usado para medir a gravidade em vários pontos da superfície da Terra e fazer medições semelhantes em órbita terrestre baixa.

Um novo método de medir a gravidade pode ser uma ferramenta extremamente útil para os cientistas que trabalham no problema da matéria escura e da energia, e permitir testar outras coisas físicas fundamentais, como o princípio da equivalência.

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Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Melbourne desenvolveu uma tinta feita de nanopartículas metálicas – pixels plasmônicos – que nunca desbota ao sol.

Um pixel plasmônico é um pedaço de metal muito pequeno. Existem muitos elétrons muito móveis em qualquer metal, e quando a luz age sobre uma nanopartícula metálica, a energia do fóton desloca levemente os elétrons para longe de seus núcleos, criando pólos negativos e positivos por um curto período de tempo. As forças de atração de Coulomb trazem os elétrons de volta ao lugar. Este processo é repetido inúmeras vezes e é chamado de ressonância plasmônica. Isso faz com que as nanopartículas (e o material feito a partir delas) absorvam ondas eletromagnéticas com certas características - devido a isso, o material dos pixels plasmônicos adquire uma cor visível a olho nu.

O uso de pixels plasmônicos como agente de coloração encontrou até agora várias dificuldades - em particular, o número de cores disponíveis era limitado e também não havia como dar a um pixel uma cor específica permanente.

O novo formato de pixel plasmônico permite criar mais de 2000 cores e tons. Os cientistas usaram pequenas antenas feitas de alumínio: a distância entre elas determina a saturação da cor e a tonalidade é determinada pelo comprimento da antena. Com o tamanho também, tudo está ficando melhor: conseguimos fazer uma foto com o tamanho de 1,5 x 1,5 cm - isso é muito mais do que técnicas similares permitidas anteriormente. E a resolução da imagem é tão alta que o olho humano não consegue ver a distância entre os pixels.

A tinta eterna baseada em pixels plasmônicos pode ser usada para pintar carros, edifícios e outras grandes superfícies.

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