sexta-feira, 29 de março de 2019

Descoberta de água no planeta Marte!

Em meados de 2018, pesquisadores apoiados pela Agência Espacial Italiana detectaram a presença de um lago de águas profundas em Marte sob as calotas polares do sul do país. Agora, pesquisadores do Centro de Pesquisa de Clima Árido e Água da USC (AWARE) publicaram um estudo que sugere que águas subterrâneas profundas ainda poderiam estar ativas em Marte e poderiam originar riachos de superfície em algumas áreas quase equatoriais em Marte.

Os pesquisadores da USC determinaram que a água subterrânea provavelmente existe em uma área geográfica mais ampla do que apenas os pólos de Marte e que existe um sistema ativo de até 750 metros de onde as águas subterrâneas vêm à superfície através de rachaduras nas crateras específicas que analisaram. .

Heggy, que é membro do experimento MARSIS de sonda Mars Express, sondando o subsolo de Marte, e o co-autor Abotalib Z. Abotalib, pesquisador associado de pós-doutorado na USC, estudou as características de Mars Recurrent Slope Linea, que são semelhantes a secas fluxos de água que aparecem em algumas paredes da cratera em Marte.

Os cientistas pensavam que essas características eram afiliadas com o fluxo de água superficial ou o fluxo de água subterrâneo próximo, diz Heggy.

"Nós sugerimos que isso pode não ser verdade. Propomos uma hipótese alternativa de que eles são originários de uma fonte de água subterrânea profunda pressurizada que vem para a superfície e se move para cima ao longo de rachaduras no solo", diz Heggy.

"A experiência que obtivemos com nossa pesquisa em hidrologia do deserto foi a base para chegar a essa conclusão. Vimos os mesmos mecanismos no Saara do Norte da África e na Península Arábica e nos ajudou a explorar o mesmo mecanismo em Marte", disse Abotalib. Z. Abotalib, primeiro autor do artigo.

Os dois cientistas concluíram que as fraturas dentro de algumas crateras de Marte permitiram que nascentes de água subissem à superfície como resultado da pressão profunda abaixo. Essas molas vazaram para a superfície, gerando as características lineares nítidas e distintas encontradas nas paredes dessas crateras. Os cientistas também fornecem uma explicação sobre como essas características da água flutuam com a sazonalidade em Marte.

O estudo, a ser publicado em 28 de março de 2018, na Nature Geoscience , sugere que as águas subterrâneas podem ser mais profundas do que se pensava anteriormente em áreas onde tais córregos são observados em Marte. As descobertas sugerem que a parte exposta dessas fraturas terrestres associadas a essas nascentes é o principal local candidato a explorar a habitabilidade de Marte. Seu trabalho sugere que novos métodos de sondagem devem ser desenvolvidos para estudar essas fraturas.

Método:

Pesquisas anteriores para explorar as águas subterrâneas em Marte se basearam na interpretação dos ecos eletromagnéticos retornados dos experimentos de sondagem por radar a partir da órbita a bordo da Mars Express e da Mars Reconnaissance Orbiter. Esses experimentos mediram a reflexão das ondas da superfície e da subsuperfície sempre que a penetração era possível. No entanto, este método anterior ainda não forneceu evidências da ocorrência de águas subterrâneas além da detecção do Pólo Sul de 2018.

Os autores deste estudo atual da Nature Geoscience usaram imagens ópticas de alta resolução e modelagem para estudar as paredes de crateras de grande impacto em Marte. O objetivo foi correlacionar a presença de fraturas com as fontes de córregos que geram fluxos curtos de água.

Heggy e Abotalib, que há muito estudam os aqüíferos subsuperficiais e o movimento do fluxo subterrâneo na Terra e em ambientes desérticos, encontraram semelhanças entre os mecanismos de movimentação de água subterrânea no Saara e em Marte.

"A água subterrânea é uma forte evidência da semelhança do passado entre Marte e a Terra - sugere que eles têm uma evolução semelhante, até certo ponto", diz Heggy.

Ele diz que esta fonte profunda de água subterrânea é a evidência mais convincente de semelhanças entre os dois planetas - sugere que ambos podem ter tido períodos úmidos por tempo suficiente para criar um sistema de águas subterrâneas tão ativo.

Para Heggy, um defensor da ciência da água e da educação em ciências da água em áreas áridas, este estudo em particular não é sobre colonização. Mas ele diz que esses fluxos de água raros e intrigantes em Marte são de grande interesse para a comunidade científica.

"Entender como o lençol freático se formou em Marte, onde está hoje e como está se movendo nos ajuda a conter ambigüidades na evolução das condições climáticas em Marte nos últimos três bilhões de anos e como essas condições formaram esse sistema de águas subterrâneas. Isso nos ajuda a entender as semelhanças com nosso próprio planeta e se estamos passando pela mesma evolução climática e pelo mesmo caminho que Marte está seguindo.A compreensão da evolução de Marte é crucial para entender a evolução de longo prazo de nossa própria Terra e a água subterrânea é um elemento chave nesse processo. "

O novo estudo sugere que a água subterrânea que é a fonte desses fluxos de água pode estar em profundidades a partir de 750 metros de profundidade. "Essa profundidade nos obriga a considerar técnicas mais profundas para procurar a fonte dessa água subterrânea, em vez de procurar por fontes rasas de água", diz Heggy.

O trabalho é financiado pelo Programa de Geologia Planetária e Geofísica da NASA.

Artigo:

Abotalib Z. Abotalib, Essam Heggy. A deep groundwater origin for recurring slope lineae on Mars. Nature Geoscience, 2019; 12 (4): 235 DOI: 10.1038/s41561-019-0327-5

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190328150923.htm

Visite também:

Bom Gosto Sons (músicas)
Bom Gosto Vídeos (vídeos)
Ciência Review (artigos científicos)
Como Fazer - Tudo (vídeos de como fazer)
Crescer Alternativo (autoajuda e espiritualidade)
Resolvendo Sua Vida (artigos de sabedoria)
Saúde e Comportamento (saúde e comportamento)
Suor de Vaca (diversão)
Tendência apps e jogos (apps e games)

quinta-feira, 28 de março de 2019

Novo catalisador produz hidrogênio barato

Pesquisadores de química descobriram materiais mais baratos e mais eficientes para a produção de hidrogênio para o armazenamento de energia renovável que poderia substituir os atuais catalisadores de separação de água.

"O governo australiano está interessado em desenvolver uma indústria de exportação de hidrogênio para exportar nossa abundante energia renovável", disse o professor O'Mullane, da Faculdade de Ciências e Engenharia da QUT.

"Em princípio, o hidrogênio oferece uma maneira de armazenar energia limpa em uma escala necessária para tornar viável a implantação de usinas solares e eólicas em grande escala, bem como a exportação de energia verde.

"No entanto, os métodos atuais que usam fontes de carbono para produzir hidrogênio emitem dióxido de carbono, um gás de efeito estufa que mitiga os benefícios do uso de energia renovável do sol e do vento.

"A divisão eletroquímica da água, impulsionada pela eletricidade proveniente da tecnologia de energia renovável, foi identificada como um dos métodos mais sustentáveis de produzir hidrogênio de alta pureza".

O professor O'Mullane disse que o novo material composto que ele e PhD estudante Ummul Sultana desenvolveram permitiu que a água eletroquímica se dividisse em hidrogênio e oxigênio usando elementos baratos e prontamente disponíveis como catalisadores.

"Tradicionalmente, os catalisadores para separar a água envolvem metais preciosos, como óxido de irídio, óxido de rutênio e platina", disse ele.

"Um problema adicional tem sido a estabilidade, especialmente para a parte de evolução de oxigênio do processo.

"O que descobrimos é que podemos usar duas alternativas mais baratas e abundantes em terra - cobalto e óxido de níquel com apenas uma fração de nanopartículas de ouro - para criar um catalisador bifuncional estável para dividir a água e produzir hidrogênio sem emissões de carbono.

"Do ponto de vista da indústria, faz muito sentido usar apenas um material catalisador em vez de dois catalisadores diferentes para produzir hidrogênio a partir da água."

O professor O'Mullane disse que o hidrogênio armazenado poderia ser usado em células de combustível.

"As células de combustível são uma tecnologia madura, já sendo lançadas em muitas marcas de veículos. Elas usam hidrogênio e oxigênio como combustíveis para gerar eletricidade - essencialmente o oposto da divisão da água.

"Com um hidrogênio muito barato" feito ", podemos alimentar a eletricidade gerada por células de combustível de volta à rede, quando necessário, durante a demanda de pico ou alimentar nosso sistema de transporte, e a única coisa emitida é a água."

Artigo:

Ummul K. Sultana, James D. Riquezas, Anthony P. O'Mullane. Dopagem de ouro em um sistema de hidróxido de Co-Ni em camadas através de substituição galvânica para divisão de água eletroquímica geral . Materiais Funcionais Avançados , 2018; 28 (43): 1804361 DOI: 10.1002 / adfm.201804361

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181129100036.htm

quarta-feira, 27 de março de 2019

Assimetria de matéria-antimatéria em quarks

Físicos da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Syracuse confirmaram que a matéria e a antimatéria decaem de maneira diferente para partículas elementares contendo quarks.

Distinto Professor Sheldon Stone diz que as descobertas são as primeiras, embora a assimetria de matéria-antimatéria tenha sido observada antes em partículas com quarks estranhos.

Ele e os membros do grupo de pesquisa de física de alta energia (HEP) do College mediram, pela primeira vez e com 99,999% de certeza, uma diferença na forma como os mésons D0 e os mésons anti-D0 se transformam em subprodutos mais estáveis.

Mesons são partículas subatômicas compostas de um quark e um antiquark, unidos por interações fortes.

"Houve muitas tentativas de medir assimetria de matéria-antimatéria, mas, até agora, ninguém conseguiu", diz Stone, que colabora na experiência da beleza do Grande Colisor de Hádrons (LHCb) no laboratório do CERN em Genebra, na Suíça. "É um marco na pesquisa de antimatéria."

As descobertas também podem indicar uma nova física além do Modelo Padrão, que descreve como as partículas fundamentais interagem umas com as outras. "Até então, precisamos aguardar tentativas teóricas para explicar a observação de maneira menos esotérica", acrescenta.

Cada partícula de matéria tem uma antipartícula correspondente, idêntica em todos os sentidos, mas com uma carga oposta. Estudos de precisão de átomos de hidrogênio e anti-hidrogênio, por exemplo, revelam semelhanças com a milésima casa decimal.

Quando as partículas de matéria e antimatéria entram em contato, elas se aniquilam em uma explosão de energia - semelhante ao que aconteceu no Big Bang, cerca de 14 bilhões de anos atrás.

"É por isso que há tão pouca antimatéria que ocorre naturalmente no Universo ao nosso redor", diz Stone, um membro da American Physical Society, que lhe concedeu o prêmio WKH Panofsky deste ano em Física Experimental de Partículas.

A questão na mente de Stone envolve a natureza igual e oposta da matéria e da antimatéria. "Se a mesma quantidade de matéria e antimatéria começou a existir no nascimento do Universo, não deveria ter sido deixado para trás nada além de pura energia. Obviamente, isso não aconteceu", diz ele em uma lufada de eufemismo.

Assim, Stone e seus colegas do LHCb têm procurado sutis diferenças na matéria e na antimatéria para entender por que a matéria é tão predominante.

A resposta pode estar no CERN, onde cientistas criam antimatéria quebrando prótons juntos no Large Hadron Collider (LHC), o maior e mais poderoso acelerador particular do mundo. Quanto mais energia o LHC produz, mais massivas são as partículas - e antipartículas - formadas durante a colisão.

É nos escombros dessas colisões que cientistas como Ivan Polyakov, pós-doutorado no grupo HEP de Syracuse, procuram ingredientes para partículas.

"Não vemos antimatéria em nosso mundo, então temos que produzi-la artificialmente", diz ele. "Os dados dessas colisões nos permitem mapear a deterioração e a transformação de partículas instáveis em subprodutos mais estáveis."

A HEP é famosa por sua pesquisa pioneira sobre quarks - partículas elementares que são os blocos de construção da matéria. Existem seis tipos de quarks, mas os cientistas geralmente falam sobre eles em pares: up / down, charme / estranho e top / bottom. Cada par tem uma carga eletrônica de massa e fracional correspondente.

Além do quark de beleza (o "b" em "LHCb"), a HEP está interessada no quark encantado. Apesar de sua massa relativamente alta, um quark encantado vive uma existência fugaz antes de decair em algo mais estável.

Recentemente, a HEP estudou duas versões da mesma partícula. Uma versão continha um quark encantado e uma versão antimatéria de um quark up, chamado de quark anti-up. A outra versão tinha um quark anti-charme e um quark up.

Usando dados do LHC, eles identificaram as duas versões da partícula, bem como as dezenas de milhões, e contaram o número de vezes que cada partícula decaiu em novos subprodutos.

"A proporção dos dois resultados possíveis deve ter sido idêntica para ambos os conjuntos de partículas, mas descobrimos que as proporções diferiam em cerca de um décimo de um por cento", diz Stone. "Isso prova que as partículas encantadas e partículas de antimatéria não são totalmente intercambiáveis."

Acrescenta Polyakov, "As partículas podem parecer as mesmas do lado de fora, mas se comportam de maneira diferente por dentro. Esse é o enigma da antimatéria."

A ideia de que matéria e antimatéria se comportam de maneira diferente não é nova. Estudos anteriores de partículas com quarks e quarks inferiores confirmaram-se como tal.

O que torna este estudo único, conclui Stone, é que é a primeira vez que alguém testemunhou partículas com quarks encantados sendo assimétricas: "É um dos livros de história".

O trabalho da HEP é apoiado pela National Science Foundation.

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190321130309.htm

Visite também:

Bom Gosto Sons (Músicas)
Bom Gosto Vídeos (vídeos)
Ciência Review (artigos científicos)
Como Fazer - Tudo (vídeos de como fazer)
Crescer Alternativo (autoajuda e espiritualidade)
Resolvendo Sua Vida (artigos de sabedoria)
Saúde e Comportamento (saúde e comportamento)
Suor de Vaca (diversão)

terça-feira, 26 de março de 2019

Grávidas que trabalham à noite podem ter um risco maior de aborto

Trabalhando dois ou mais turnos da noite em uma semana pode aumentar risco de aborto de uma mulher grávida na semana seguinte por cerca de um terço, mostra um estudo prospectivo publicado on-line em Medicina Ocupacional e Ambiental .

Estudos anteriores sugeriram que as mulheres grávidas enfrentam um risco maior de aborto espontâneo se trabalharem no turno da noite, mas elas foram baseadas em trabalho de turnos auto-relatado e não quantificaram o nível de risco aumentado ou a quantidade de trabalho em turno envolvido.

Para este estudo, os autores acessaram os dados da folha de pagamento de 22.744 mulheres grávidas trabalhando em serviços públicos, principalmente hospitais, na Dinamarca, e relacionaram isso com dados de registros nacionais dinamarqueses sobre nascimentos e internações hospitalares por aborto para determinar como o risco de aborto entre as semanas 4 -22 de gravidez foi influenciado pelo trabalho noturno.

No total, 377.896 semanas de gravidez foram incluídas - uma média de 19,7 semanas por mulher.

Após a semana oito da gravidez, as mulheres que tinham trabalhado dois ou mais turnos da noite na semana anterior tiveram um risco 32% maior de aborto em comparação com as mulheres que não tinham trabalhado em turnos noturnos naquela semana.

E o risco de aborto aumentou com o número de turnos noturnos trabalhados por semana e também com o número de turnos noturnos consecutivos.

A associação entre o trabalho noturno e o risco de abortos foi mais forte após a gravidez na semana 8. "Isso pode ser explicado pelo declínio na proporção de fetos cromossomicamente anormais com a idade gestacional, o que torna mais fácil a associação com exposição ambiental em abortos tardios, "os autores dizem.

Este é um estudo observacional e, como tal, não pode estabelecer causa, e os autores apontam que os dados sobre abortos espontâneos, particularmente os abortos precoces, estavam incompletos.

Mas, como cerca de 14% das mulheres na Europa relatam trabalhar à noite pelo menos uma vez por mês, as descobertas têm relevância para as mulheres grávidas que trabalham, assim como seus empregadores, médicos e parteiras, enfatizam. "Além disso, os resultados podem ter implicações para os regulamentos nacionais de saúde ocupacional".

Em termos do mecanismo subjacente responsável pela associação, as mulheres que trabalham nos turnos da noite são expostas à luz à noite, o que perturba seu ritmo circadiano e diminui a liberação de melatonina. A melatonina tem se mostrado importante na manutenção de uma gravidez bem sucedida, possivelmente por preservar a função da placenta.

Artigo:

Luise Moelenberg Begtrup, Ina Olmer Specht, Paula Edeusa Cristina Hammer, Esben Meulengracht Flachs, Anne Helene Garde, Johnni Hansen, Åse Marie Hansen, Henrik Albert Kolstad, Ann Dyreborg Larsen, Jens Peter Bonde. Night work and miscarriage: a Danish nationwide register-based cohort study. Occupational and Environmental Medicine, 2019 DOI: 10.1136/oemed-2018-105592

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190325184115.htm

Visite também:

Bom Gosto Sons (Músicas)
Bom Gosto Vídeos (vídeos bons de se ver)
Ciência Review (artigos científicos)
Como Fazer - Tudo (vídeos variados de como fazer)
Crescer Alternativo (vídeos sobre autoajuda e espiritualidade)
Resolvendo Sua Vida (artigos de sabedoria)
Saúde e Comportamento (artigos sobre saúde e comportamento)
Suor de Vaca (vídeos divertidos e engraçados)

segunda-feira, 25 de março de 2019

Pesquisadores descobrem novo material que promete revolucionar a eletrônica

Pesquisadores descobrem novo material
que promete revolucionar a eletrônica

Uma equipe de pesquisa da Ohio State University descobriu uma maneira de simplificar como os dispositivos eletrônicos usam esses elétrons e os buracos num semicondutor - usando um material que pode servir a papéis duplos na eletrônica, onde historicamente vários materiais foram necessários.

A equipe publicou suas descobertas em 18 de março na revista Nature Materials .

"Essencialmente encontramos um material com dupla personalidade", disse Joseph Heremans, co-autor do estudo, professor de engenharia mecânica e aeroespacial e Ohio Eminent Scholar em nanotecnologia no estado de Ohio. "É um conceito que não existia antes."

Suas descobertas podem significar uma reformulação na forma como os engenheiros criam todos os diferentes tipos de dispositivos eletrônicos. Isso inclui tudo, desde células solares até os diodos emissores de luz em sua televisão, até os transistores em seu laptop e os sensores de luz na câmera do smartphone.

Esses dispositivos são os blocos de construção da eletricidade: cada elétron tem uma carga negativa e pode irradiar ou absorver energia dependendo de como é manipulado. Buracos - essencialmente, a ausência de um elétron - têm uma carga positiva. Dispositivos eletrônicos funcionam movendo elétrons e buracos - essencialmente conduzindo eletricidade.

Mas, historicamente, cada parte do dispositivo eletrônico só poderia atuar como titular de elétrons ou um porta-buraco, não ambos. Isso significava que os eletrônicos precisavam de várias camadas - e vários materiais - para serem executadas.

Mas os pesquisadores do estado de Ohio encontraram um material - o NaSn2As2 , um cristal que pode ser tanto um suporte eletrônico quanto um suporte de buracos - eliminando potencialmente a necessidade de múltiplas camadas.

"É esse dogma na ciência, que você tem elétrons ou tem buracos, mas não tem os dois. Mas nossas descobertas viram de cabeça para baixo esse conceito", disse Wolfgang Windl, professor de ciência e engenharia de materiais no estado de Ohio, e co-autor do estudo. "E não é que um elétron se torne um buraco, porque é o mesmo conjunto de partículas. Aqui, se você olhar para o material de uma maneira, parece um elétron, mas se você olhar de outra maneira, parece um buraco."

A descoberta pode simplificar nossa eletrônica, talvez criando sistemas mais eficientes que operam mais rapidamente e quebram com menos frequência.

Pense nisso quanto mais peças em jogo e mais partes móveis, menos energia eficientemente viaja pelo sistema - e mais provável é que algo falhe.

"Agora, temos essa nova família de cristais em camadas onde os transportadores se comportam como elétrons quando viajam dentro de cada camada e buracos quando viajam pelas camadas. ... Você pode imaginar que pode haver alguns dispositivos eletrônicos exclusivos que você pode criar", disse Joshua Goldberger, professor associado de química e bioquímica no estado de Ohio.

Os pesquisadores chamaram esse fenômeno de dupla habilidade de "goniopolaridade". Eles acreditam que o material funciona dessa maneira por causa de sua estrutura eletrônica única, e dizem que é provável que outros materiais em camadas possam exibir essa propriedade.

"Nós apenas não os encontramos ainda", disse Heremans. "Mas agora sabemos procurar por eles."

Os pesquisadores fizeram a descoberta quase por acidente. Um pesquisador de pós-graduação no laboratório de Heremans, Bin He, estava medindo as propriedades do cristal quando percebeu que o material se comportava às vezes como um suporte de elétrons e às vezes como um porta-buraco - algo que, nesse ponto, a ciência pensava que era impossível. Ele pensou que talvez tivesse cometido um erro, fez o experimento repetidas vezes e obteve o mesmo resultado.

Artigo:

Bin He, Yaxian Wang, Maxx Q. Arguilla, Nicholas D. Cultrara, Michael R. Scudder, Joshua E. Goldberger, Wolfgang Windl, Joseph P. Heremans. The Fermi surface geometrical origin of axis-dependent conduction polarity in layered materials. Nature Materials, 2019; DOI: 10.1038/s41563-019-0309-4

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190318151721.htm

domingo, 24 de março de 2019

A luz pode se comportar como um imã

Quando sujeitos às leis da mecânica quântica, sistemas feitos de muitas partículas em interação podem exibir um comportamento tão complexo que sua descrição quantitativa desafia as capacidades dos computadores mais poderosos do mundo. Em 1981, o físico visionário Richard Feynman argumentou que podemos simular esse comportamento complexo usando um aparato artificial governado pelas mesmas leis quânticas - o que veio a ser conhecido como um "simulador quântico".

Um exemplo de um sistema quântico complexo é o dos ímãs colocados a temperaturas realmente baixas. Perto do zero absoluto (-273,15 graus Celsius), os materiais magnéticos podem passar pelo que é conhecido como "transição de fase quântica". Como uma transição de fase convencional (por exemplo, gelo derretendo na água ou evaporando em vapor), o sistema ainda alterna entre dois estados, exceto que próximo do ponto de transição, o sistema manifesta o entrelaçamento quântico - a característica mais profunda prevista pela mecânica quântica. Estudar esse fenômeno em materiais reais é uma tarefa incrivelmente desafiadora para os físicos experimentais.

Mas os físicos liderados por Vincenzo Savona na EPFL criaram um simulador quântico que promete resolver o problema. "O simulador é um dispositivo fotônico simples que pode ser facilmente construído e executado com as técnicas experimentais atuais", diz Riccardo Rota, o pós-doutorado no laboratório de Savona que liderou o estudo. "Mas, mais importante, ele pode simular o comportamento complexo de ímãs reais interagindo a temperaturas muito baixas".

O simulador pode ser construído usando circuitos supercondutores - a mesma plataforma tecnológica usada em computadores quânticos modernos. Os circuitos são acoplados a campos de laser de tal forma que causam uma interação efetiva entre as partículas de luz (fótons). "Quando estudamos o simulador, descobrimos que os fótons se comportavam da mesma maneira que os dipolos magnéticos ao longo da transição da fase quântica em materiais reais", diz Rota. Em resumo, agora podemos usar fótons para executar um experimento virtual em ímãs quânticos em vez de ter que configurar o experimento em si.

"Somos teóricos", diz Savona. "Nós criamos a idéia para este simulador quântico específico e modelamos seu comportamento usando simulações computacionais tradicionais, o que pode ser feito quando o simulador quântico aborda um sistema pequeno o suficiente. Nossas descobertas provam que o simulador quântico que propomos é viável, e estamos agora em conversações com grupos experimentais que gostariam de realmente construí-lo e usá-lo ".

Compreensivelmente, Rota está animado: "Nosso simulador pode ser aplicado a uma ampla classe de sistemas quânticos, permitindo que os físicos estudem vários fenômenos quânticos complexos. É um avanço verdadeiramente notável no desenvolvimento de tecnologias quânticas".

Artigo:

Riccardo Rota, Fabrizio Minganti, Cristiano Ciuti, Vincenzo Savona. Regime Crítico Quântico em uma Malha Fotônica Não Linear Quadraticamente Impulsionada . Physical Review Letters , 2019; 122 (11) DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.110405

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190321130358.htm

sexta-feira, 22 de março de 2019

Humanos podem sentir o campo magnético terrestre

Muitos humanos são capazes de detectar inconscientemente mudanças nos campos magnéticos da força da Terra, de acordo com cientistas da Caltech e da Universidade de Tóquio.

O estudo, liderado pelo geocientista Joseph Kirschvink (BS, MS'75) e pelo neurocientista Shin Shimojo, da Caltech, e pelo neurocientista Ayu Matani, da Universidade de Tóquio, oferece evidências experimentais de que as ondas cerebrais humanas respondem a mudanças controladas nos campos magnéticos da Terra. . Kirschvink e Shimojo dizem que esta é a primeira evidência concreta de um novo sentido humano: a magnetorecepção. Suas descobertas foram publicadas pela revista eNeuro em 18 de março.

"Muitos animais têm magnetorecepção, então porque não nós?" pergunta Connie Wang, estudante de pós-graduação da Caltech e principal autora do estudo eNeuro . Por exemplo, abelhas, salmões, tartarugas, pássaros, baleias e morcegos usam o campo geomagnético para ajudá-los a navegar, e os cães podem ser treinados para localizar imãs enterrados. Há muito tem sido teorizado que os seres humanos podem compartilhar uma habilidade semelhante. No entanto, apesar de uma enxurrada de pesquisas tentando testá-lo nos anos 80, ele nunca foi conclusivamente demonstrado.

"Aristóteles descreveu os cinco sentidos básicos como incluindo visão, audição, paladar, olfato e tato", diz Kirschvink, co-autor do estudo eNeuro , e Nico e Marilyn Van Wingen, professora de Geobiologia. "No entanto, ele não considerou gravidade, temperatura, dor, equilíbrio e vários outros estímulos internos que agora sabemos que fazem parte do sistema nervoso humano. Nossa ancestralidade animal argumenta que os sensores de campo geomagnético também deveriam estar lá, representando não o sexto sentido, mas talvez o décimo ou décimo primeiro sentido humano a ser descoberto ".

Para tentar determinar se os humanos percebem os campos magnéticos, Kirschvink e Shimojo construíram uma câmara isolada protegida por radiofrequência e fizeram os participantes sentarem em silêncio e profanar a escuridão por uma hora. Durante esse tempo, eles mudaram o campo magnético silenciosamente ao redor da câmara e mediram as ondas cerebrais dos participantes através de eletrodos posicionados em 64 locais em suas cabeças.

O teste foi realizado com 34 participantes humanos de uma ampla faixa etária e uma variedade de etnias. Durante uma dada sessão, os participantes conscientemente experimentaram nada mais interessante do que ficarem sozinhos no escuro. No entanto, entre muitos participantes, mudanças em suas ondas cerebrais se correlacionaram com as mudanças no campo magnético ao redor deles. Especificamente, os pesquisadores rastrearam o ritmo alfa no cérebro, que ocorre entre 8 e 13 Hertz e é uma medida de se o cérebro está sendo engajado ou está em um modo de descanso ou "piloto automático". Quando um cérebro humano é desativado, o poder alfa é alto. Quando algo chama sua atenção, consciente ou inconscientemente, seu poder alfa diminui. Vários outros estímulos sensoriais, como visão, audição,

Os experimentos mostraram que, em alguns participantes, o poder alfa começou a cair dos níveis basais imediatamente após a estimulação magnética, diminuindo em até 60% ao longo de várias centenas de milissegundos e depois se recuperando até a linha de base alguns segundos após o estímulo. "Essa é uma resposta cerebral clássica e bem estudada a uma entrada sensorial, denominada dessincronização relacionada a eventos, ou alfa-ERD", diz Shimojo, Gertrude Baltimore, professor de psicologia experimental e membro do corpo docente do Tianqiao e Chrissy Chen Institute for Neurociência no Caltech.

Os testes revelaram ainda que o cérebro parece estar ativamente processando informações magnéticas e rejeitando sinais que não são "naturais". Por exemplo, quando o componente vertical do campo magnético apontou para cima durante os experimentos, não houve mudanças correspondentes nas ondas cerebrais. Como o campo magnético normalmente aponta para o hemisfério norte, parece que o cérebro está ignorando sinais que são obviamente "errados". Esse componente do estudo poderia ser verificado replicando o experimento no Hemisfério Sul, sugere Kirschvink, onde o padrão oposto deveria se sustentar.

"Alfa-ERD é uma forte assinatura neural da detecção sensorial e a consequente mudança de atenção. O fato de a vermos em resposta a simples rotações magnéticas como as que experimentamos ao girar ou sacudir a cabeça é uma forte evidência da magnetorecepção humana. As grandes diferenças individuais descobrimos também são intrigantes em relação à evolução humana e às influências da vida moderna ", diz Shimojo. "Quanto ao próximo passo, devemos tentar trazer isso para a consciência."

Um dos desafios nas primeiras tentativas de testar a magnetorecepção humana foi a dificuldade de assegurar que essas mudanças nas ondas cerebrais fossem, de fato, correlacionadas ao campo magnético e não a algum outro efeito confuso. Por exemplo, se as bobinas que geram o campo magnético ao redor da câmara criam um zumbido audível, isso pode ser o suficiente para desencadear uma mudança no poder alfa nos participantes.

Para resolver esses problemas, a câmara usada neste estudo não foi apenas preta e isolada, os fios de cobre para alterar o campo magnético foram envolvidos e cimentados no lugar em duplicado: cada bobina tem um par de fios em vez de um único fio. Quando a corrente é direcionada através desses pares de fios na mesma direção, o campo magnético na câmara é alterado. No entanto, a execução da corrente em direções opostas através dos fios nos pares cancela seus campos magnéticos, enquanto produz o mesmo aquecimento elétrico e artefatos mecânicos. Os computadores controlavam completamente as experiências e registravam os dados. Os resultados foram processados automaticamente com scripts de computador prontos e sem etapas subjetivas. Desta forma, a equipe foi capaz de mostrar que os cérebros humanos, de fato,

"Nossos resultados excluem a indução elétrica e as hipóteses da 'bússola quântica' para o sentido magnético", diz Kirschvink, citando duas possibilidades que foram propostas para explicar o mecanismo por trás da magnetorecepção. Kirschvink sugere, em vez disso, que os resultados implicam a magnetita biológica como o agente sensorial para a magnetorecepção humana. Em 1962, Heinz A. Lowenstam, professor de Caltech de 1954 até sua morte em 1993, descobriu que a magnetita, um mineral naturalmente magnético, ocorre em dentes de molusco. Desde então, descobriu-se que a magnetita biológica existe em organismos de bactérias para humanos e foi ligada ao sentido geomagnético em muitos deles.

Ao desenvolver e demonstrar uma metodologia robusta para testar humanos para magnetorecepção, Kirschvink diz que espera que este estudo possa atuar como um roteiro para outros pesquisadores que estão interessados em tentar replicar e ampliar esta pesquisa. "Dada a presença conhecida de sistemas de navegação geomagnética altamente evoluídos em espécies em todo o reino animal, talvez não surpreenda que possamos reter pelo menos alguns componentes neurais funcionais, especialmente dado o estilo de vida nômade de caçadores-coletores de nossos ancestrais não muito distantes A extensão total desta herança continua a ser descoberta ", diz ele.

Artigo:

Connie X. Wang, Isaac A. Hilburn, Daw-An Wu, Yuki Mizuhara, Christopher P. Cousté, Jacob NH Abrahams, Sam E. Bernstein, Ayumu Matani, Shinsuke Shimojo, Joseph L. Kirschvink. Transdução do campo geomagnético como evidenciado pela atividade da banda alfa no cérebro humano . eneuro , 2019; ENEURO.0483-18.2019 DOI: 10.1523 / ENEURO.0483-18.2019

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190321083637.htm

quinta-feira, 21 de março de 2019

Tokamak compacto para produzir energia segura, limpa e praticamente ilimitada

Tokamak compacto para produzir energia
segura, limpa e praticamente ilimitada

As instalações de fusão tokamak, os dispositivos mais amplamente utilizados para a coleta na Terra das reações de fusão que alimentam o sol e as estrelas, podem ser desenvolvidas mais rapidamente para produzir energia segura, limpa e praticamente ilimitada para gerar eletricidade? O físico Jon Menard, do Departamento de Energia (DOE) do Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) examinou essa questão em uma análise detalhada do conceito de um tokamak compacto equipado com ímãs supercondutores de alta temperatura (HTS). Esses ímãs podem produzir campos magnéticos mais altos - necessários para produzir e sustentar reações de fusão - do que seria possível em uma instalação compacta.

Menard apresentou pela primeira vez o artigo, agora publicado na Philosophical Transactions da Royal Society A , para uma oficina da Royal Society em Londres, que explorou a aceleração do desenvolvimento do poder de fusão produzido por tokamak com tokamaks compactos. "Este é o primeiro documento que documenta quantitativamente como os novos supercondutores podem interagir com a alta pressão que os tokamaks compactos produzem para influenciar como os tokamaks são otimizados no futuro", disse Menard. "O que tentamos desenvolver foram alguns modelos simples que captam aspectos importantes de um projeto integrado".

Resultados "muito significativos"

As descobertas são "muito significativas", disse Steve Cowley, diretor do PPPL. Cowley observou que "os argumentos de Jon neste e no artigo anterior foram muito influentes no recente relatório da Academia Nacional de Ciências", que apela a um programa dos EUA para desenvolver uma planta piloto de fusão compacta para gerar eletricidade ao menor custo possível. "Jon realmente delineou os aspectos técnicos para tokamaks muito menores usando ímãs de alta temperatura", disse Cowley.

Os tokamaks compactos, que podem incluir instalações esféricas como o NSTX-U (National Spherical Torus Experiment- Upgrade) que está em reparo no PPPL e o MAST (Mega Ampere Spherical Tokamak) na Grã-Bretanha, fornecem alguns recursos vantajosos. Os dispositivos, com a forma de maçãs tubulares em vez de tokamaks convencionais tipo rosquinha, podem produzir plasmas de alta pressão que são essenciais para reações de fusão com campos magnéticos relativamente baixos e econômicos.

Tais reações fundem elementos leves na forma de plasma - o estado quente e carregado de matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos - para liberar energia. Os cientistas procuram replicar esse processo e, essencialmente, criar uma estrela na Terra para gerar eletricidade abundante para casas, fazendas e indústrias em todo o mundo. A fusão pode durar milhões de anos com pouco risco e sem gerar gases de efeito estufa.

Estende o exame anterior

O estudo de Menard amplia seu exame anterior de um projeto esférico que poderia desenvolver materiais e componentes para um reator de fusão e servir como uma planta piloto para produzir energia elétrica. O presente artigo fornece uma análise detalhada das complexas compensações que os experimentos futuros precisarão explorar quando se trata de integrar tokamaks compactos com ímãs HTS. "Percebemos que não há uma inovação única que possa ser considerada para levar a um avanço para tornar os dispositivos mais compactos ou econômicos", disse Menard. "Você tem que olhar para todo um sistema integrado para saber se você está obtendo benefícios de campos magnéticos mais altos."

O artigo enfoca as principais questões sobre o tamanho do buraco, definido como a "proporção", no centro do tokamak que segura e molda o plasma. Em tokamaks esféricos, este buraco pode ter metade do tamanho do orifício em tokamaks convencionais, correspondendo à forma semelhante a maçã do design compacto. Enquanto os físicos acreditam que proporções mais baixas podem melhorar a estabilidade do plasma e o confinamento do plasma, "não saberemos do lado do confinamento até que façamos experimentos com as atualizações do NSXT-U e do MAST", disse Menard.

Razões de aspecto mais baixas fornecem uma configuração atrativa para os ímãs HTS, cuja alta densidade de corrente pode produzir os campos magnéticos fortes que a fusão exige dentro do espaço relativamente estreito de um tokamak compacto. No entanto, os magnetos supercondutores precisam de uma proteção espessa para proteção contra danos causados por bombardeio de nêutrons e aquecimento, deixando espaço insuficiente para um transformador induzir corrente no plasma para completar o campo de torção quando o tamanho do dispositivo é reduzido. Para projetos com menor razão de aspecto, os cientistas teriam que desenvolver novas técnicas para produzir parte ou toda a corrente de plasma inicial.

200 a 300 megawatts de energia elétrica

A manutenção do plasma para gerar os 200 a 300 megawatts de energia elétrica examinados no papel também exigiria maior confinamento do que os regimes operacionais de tokamak padrão normalmente alcançam. Essa produção de energia poderia levar a fluxos desafiadores de nêutrons de fusão que limitariam a vida útil estimada dos ímãs HTS a um a dois anos de operação com potência total. A proteção mais grossa poderia aumentar substancialmente essa vida útil, mas também diminuiria a entrega de energia de fusão.

O desenvolvimento principal será de fato necessário para os ímãs HTS, que ainda não foram construídos em escala. "Provavelmente, levará anos para montar um modelo dos elementos essenciais dos requisitos de tamanho dos magnetos e fatores relacionados em função da relação de aspecto", disse Menard.

A linha de fundo, ele disse, é que a taxa de proporção mais baixa "vale a pena investigar com base nesses resultados". Os benefícios potenciais dos índices mais baixos, observou ele, incluem a produção de densidade de potência de fusão - a saída crucial da energia de fusão por volume de plasma - que excede a produção de razões de aspecto convencionais. "A fusão precisa se tornar mais atraente", disse Menard, "por isso é importante avaliar os benefícios de proporções mais baixas e quais são as desvantagens".

Artigo:

JE Menard. Compacte a dependência do desempenho tokamak em estado estacionário dos limites físicos e magnéticos do núcleo . Transações Filosóficas da Royal Society A: Ciências Matemáticas, Físicas e de Engenharia , 2019; 377 (2141): 20170440 DOI: 10.1098 / rsta.2017.0440

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190319121811.htm

O melhor condutor topológico

A realização dos chamados materiais topológicos - que exibem propriedades exóticas, resistentes a defeitos e devem ter aplicações em eletrônica, óptica, computação quântica e outros campos - abriu um novo campo na descoberta de materiais.

Vários dos materiais topológicos estudados até hoje são conhecidos como isolantes topológicos. Espera-se que suas superfícies conduzam eletricidade com muito pouca resistência, algo semelhante a supercondutores, mas sem a necessidade de temperaturas incrivelmente baixas, enquanto seus interiores - o chamado "volume" do material - não conduzem corrente.

Agora, uma equipe de pesquisadores trabalhando no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Departamento de Energia (Berkeley Lab), descobriu o condutor topológico mais forte até agora, na forma de amostras de cristais finos que têm uma estrutura de escada em espiral. O estudo da equipe de cristais, apelidado de cristais quirais topológicos, é relatado na edição de 20 de março da revista Nature .

A estrutura helicoidal em forma de DNA, ou helicoidal, na amostra de cristal que foi o foco do estudo mais recente, exibe uma quiralidade ou "lateralidade" - como uma pessoa pode ser canhota ou destra, e a mão esquerda é uma imagem espelhada da mão direita. Propriedades quirais em alguns casos podem ser invertidas, como uma pessoa canhota se tornando uma pessoa destra.

"Neste novo trabalho estamos essencialmente provando que este é um novo estado de matéria quântica, que também está exibindo propriedades de superfície topológica quase ideais que emergem como consequência da quiralidade da estrutura cristalina", disse M. Zahid Hasan, um material topológico. pioneiro que liderou a teoria de materiais e experimentos como cientista visitante na Faculdade de Ciências dos Materiais do Laboratório de Berkeley. Hasan é também o professor de física de Eugene Higgins na Universidade de Princeton.

Uma propriedade que define a condutividade topológica - que está relacionada à condutividade elétrica da superfície do material - foi medida em cerca de 100 vezes maior que a observada em metais topológicos previamente identificados.

Essa propriedade, conhecida como o arco de superfície Fermi, foi revelada em experimentos de raios-X na Advanced Light Source (ALS) da Berkeley Lab, usando uma técnica conhecida como espectroscopia de fotoemissão. O ALS é um síncrotron que produz luz intensa - de infravermelho a raios-X de alta energia - para dezenas de experimentos simultâneos.

A topologia é um conceito matemático bem estabelecido que se relaciona com a preservação das propriedades geométricas de um objeto, mesmo que um objeto seja esticado ou deformado de outras maneiras. Algumas de suas aplicações experimentais em materiais eletrônicos em 3D - como a descoberta de comportamentos topológicos em estruturas eletrônicas de materiais - só foram realizadas há pouco mais de uma década, com contribuições iniciais e contínuas do Berkeley Lab.

"Depois de mais de 12 anos de pesquisa em física e materiais topológicos, acredito que esta é apenas a ponta do iceberg", acrescentou Hasan. "Baseado em nossas medidas, este é o metal condutor mais robusto e topologicamente protegido que qualquer um descobriu - está nos levando a uma nova fronteira."

Topologicamente protegido significa que algumas das propriedades do material são confiáveis, mesmo se o material não for perfeito. Essa qualidade também reforça a possibilidade futura de aplicações práticas e manufaturabilidade para esses tipos de materiais.

Ilya Belopolski, uma pesquisadora de Princeton que participou tanto da teoria quanto do trabalho experimental, observou que uma propriedade particularmente interessante dos cristais estudados - que inclui cristais de silício e ródio-cobalto - é que eles podem produzir uma corrente elétrica de força fixa quando você acende uma luz sobre eles.

"Nossas teorias anteriores mostraram que - com base nas propriedades eletrônicas do material que observamos agora - a corrente seria fixada em valores específicos", disse ele. "Não importa quão grande é a amostra, ou se está suja. É um valor universal. Isso é incrível. Para aplicações, o desempenho será o mesmo."

Em experimentos anteriores no ALS, a equipe de Hasan havia revelado a existência de um tipo de quasipartículas sem massa conhecidas como férmions de Weyl, que só existiam na teoria há cerca de 85 anos.

Os férmions de Weyl, que foram observados em cristais sintéticos de um semimetal chamado arsenieto de tântalo, exibem algumas propriedades eletrônicas similares àquelas encontradas nos cristais usados no estudo mais recente, mas não possuíam suas características quirais. Semimetais são materiais que possuem algum metal e algumas propriedades não-metálicas.

"Nosso trabalho anterior sobre os semimetais da Weyl abriu o caminho para pesquisas sobre condutores topológicos exóticos", disse Hasan. Em um estudo de novembro de 2017, que enfocou a teoria envolvendo esses materiais exóticos, a equipe de Hasan previu que elétrons em silício-ródio e muitos materiais correlatos se comportavam de maneiras altamente incomuns.

A equipe havia previsto que quasipartículas no material - descritas pelo movimento coletivo de elétrons - emergem como elétrons sem massa e deveriam se comportar como partículas 3D lentas e lentas, com características definitivas de lateralidade ou de quiralidade, ao contrário dos isolantes topológicos ou do grafeno.

Além disso, seus cálculos, publicados em 1º de outubro de 2018 na revista Nature Materials , sugeriam que os elétrons nos cristais se comportariam coletivamente como se fossem monopolos magnéticos em seu movimento. Monopólos magnéticos são partículas hipotéticas com um único pólo magnético - como a Terra sem um pólo sul que pode se mover independentemente de um pólo norte.

Todo esse comportamento topológico incomum aponta de volta para a natureza quiral das amostras de cristal, que criam uma espiral ou estrutura eletrônica "helicoidal", como observado nos experimentos, observou Hasan.

As amostras estudadas, que contêm cristais de até dois milímetros de diâmetro, foram preparadas antecipadamente por várias fontes internacionais. Os cristais foram caracterizados pelo grupo de Hasan no Laboratório de Quântica Química Topológica e Espectroscopia Avançada de Princeton usando um microscópio de tunelamento de varredura de baixa temperatura que pode digitalizar amostras em escala atômica, e as amostras foram então transportadas para o Berkeley Lab.

Antes de estudar na ALS, as amostras foram submetidas a um tratamento de polimento especializado na Molecular Foundry, de Berkeley Lab, uma instalação de pesquisa científica em nanoescala. Daniel Sanchez e Tyler Cochran, pesquisadores de Princeton que contribuíram para o estudo, disseram que as amostras para esses estudos são tipicamente "clivadas", ou quebradas, para que sejam atomicamente planas.

Mas neste caso, as ligações de cristal eram muito fortes porque os cristais tinham uma forma cúbica. Assim, os membros da equipe trabalharam com a equipe da Fundição Molecular para fotografar átomos de argônio de alta energia nas amostras de cristal para limpá-los e achatá-los e, em seguida, recristalizaram e poliram as amostras por meio de um processo de aquecimento.

Os pesquisadores usaram duas linhas de luz de raios-X diferentes no ALS (Beamline 10.0.1 e Beamline 4.0.3) para descobrir as propriedades eletrônicas e de spin incomuns das amostras de cristal.

Como o comportamento eletrônico nas amostras parece imitar a quiralidade na estrutura dos cristais, Hasan disse que há muitos outros caminhos a serem explorados, como testar se a supercondutividade pode ser transferida através de outros materiais para o condutor topológico.

"Isso poderia levar a um novo tipo de supercondutor", disse ele, "ou à exploração de um novo efeito quântico. É possível ter um supercondutor topológico quiral?"

Além disso, embora as propriedades topológicas observadas nos cristais de ródio-silício e cobalto-silício no estudo mais recente sejam consideradas ideais, há muitos outros materiais que foram identificados que poderiam ser estudados para avaliar seu potencial para melhorar o desempenho em aplicações do mundo real, Hasan disse.

"Acontece que a mesma física também pode ser possível em outros compostos no futuro, que são mais adequados para dispositivos", disse ele.

"É uma imensa satisfação quando você prevê algo exótico e também aparece nos experimentos de laboratório", acrescentou Hasan, observando os sucessos anteriores de sua equipe na previsão das propriedades topológicas dos materiais. "Com previsões teóricas definitivas, combinamos teoria e experimentos para avançar a fronteira do conhecimento."

A Fonte de Luz Avançada e a Fundição Molecular são Instalações do Usuário do Departamento de Ciências do DOE.

Artigo:

Daniel S. Sanchez, Ilya Belopolski, Tyler A. Cochran, Xitong Xu, Jia-Xin Yin, Guoqing Chang, Weiwei Xie, Kaustuv Manna, Vicky Süß, Cheng-Yi Huang, Nasser Alidoust, Daniel Multer, Songtian S. Zhang, Nana Shumiya, Wang Xirui, Wang Guang-Qiang, Chang Tay-Rong, Claudia Felser, Xu Su-Yang, Shuang Jia, Hsin Lin e M. Zahid Hasan. Cristais quirais topológicos com estados quânticos de arco helicoidal . Nature , 2019 DOI: 10.1038 / s41586-019-1037-2

Fonte:

www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190320141014.htm