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Acelerador de átomos frios
Quando falamos de aceleradores de partículas, tipicamente estamos nos referindo a tornar a coisas muito "quentes" - aumentar a energia das partículas o máximo possível, para que a trombada entre elas, ou delas com um anteparo, seja o mais forte possível.
Mas as coisas podem ser diferentes com os aceleradores naturais de partículas, ou aceleradores cósmicos naturais, detectados em 2009 em escala galáctica e responsáveis pela geração dos raios cósmicos - esses aceleradores ainda estão entre os maiores enigmas da cosmologia atual.
Já em 1949, Enrico Fermi (1901-1954) teorizou um mecanismo de "aceleração a frio", responsável pela geração dos raios cósmicos. O processo fundamental descrito por Fermi também apresenta algumas propriedades universais, que deram origem a uma ampla gama de modelos matemáticos, como o modelo de Fermi-Ulam. Esta é uma representação simplificada do mecanismo de aceleração de Fermi, mas que usa acelerações de segunda ordem, pelas quais as partículas cósmicas são aceleradas através de colisões repetidas com nuvens de gás magnetizadas no espaço interestelar.
Agora, Giovanni Barontini e colegas da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, conseguiram finalmente criar um acelerador de Fermi aqui mesmo na Terra, permitindo pela primeira vez estudar observacionalmente a teoria original e todos os modelos dela derivados.
"Os resultados fornecidos pelo nosso acelerador Fermi superam os melhores métodos de aceleração da categoria usados em tecnologia quântica. A tecnologia tem a vantagem adicional de apresentar uma configuração excepcionalmente simples e miniaturizada, sem limites teóricos superiores," disse a professora Amita Deb, membro da equipe.
Trazendo a teoria para o laboratório
Combinando ganho de energia e perdas de partículas, o acelerador de Fermi experimental permite obter espectros de energia análogos aos observados nos raios cósmicos, fornecendo a primeira verificação direta do chamado resultado de Bell, que está no centro de todo modelo de aceleração de raios cósmicos - Anthony Raymond Bell (1952-) publicou em 1978 um processo conhecido como aceleração difusiva em frentes de choque, que sugere que os raios cósmicos são acelerados em frentes de choque astrofísicas, como as criadas por remanescentes de supernovas.
O acelerador - com apenas 100 micrômetros de comprimento - consegue acelerar rapidamente átomos ultrafrios a velocidades de mais de meio metro por segundo. Isto é possível fazendo com que barreiras móveis de potencial óptico colidam com átomos ultrafrios presos por raios laser.
Ou seja, o acelerador Fermi é totalmente controlável, permitindo observar uma aceleração significativa de partículas frias, abrindo novas possibilidades para investigar fenômenos relevantes para a astrofísica de altas energias, que são tipicamente muito difíceis de se estudar experimentalmente.
"Nosso trabalho representa o primeiro passo rumo ao estudo de mecanismos astrofísicos mais complexos em laboratório. A simplicidade e a eficácia do nosso acelerador Fermi o tornam uma ferramenta poderosa tanto para pesquisa fundamental quanto para aplicações práticas em tecnologia quântica," disse a professora Vera Guarrera.
De fato, a equipe planeja começar a usar seu acelerador Fermi para estudar a aceleração de partículas em choques cósmicos, a reconexão magnética e a turbulência, que são processos críticos no Universo. Mas o estudo da aceleração quântica de Fermi também poderá levar ao desenvolvimento de novas ferramentas para manipular pacotes de ondas quânticas, oferecendo caminhos promissores para avanços na ciência da informação quântica.
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos de Economia, Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia Climatologia). Participou do curso Astrofísica Geral no nível Georges Lemaître (EAD), concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Em outubro de 2014, ingressou no projeto S'Cool Ground Observation, que integra o Projeto CERES (Clouds and Earth’s Radiant Energy System) administrado pela NASA. Posteriormente, em setembro de 2016, passou a participar do The Globe Program / NASA Globe Cloud, um programa mundial de ciência e educação com foco no monitoramento do clima terrestre.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
Livraria> https://www.orionbook.com.br/
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