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quinta-feira, 1 de julho de 2021

Jogar 'bomba áxion' em buraco negro pode quebrar lei fundamental da física, diz estudo

Uma nova pesquisa mostra como a lei fundamental de conservação de carga pode quebrar perto de um buraco negro. Ao modificar as equações da física clássica para incluir áxions, cientistas conseguiram destruir a carga.

Singularidades, como aquelas no centro dos buracos negros, onde a densidade se torna infinita, costumam ser considerados lugares onde a física "quebra". No entanto, isso não significa que "qualquer coisa" possa acontecer, e os físicos estão interessados em quais leis podem quebrar e como.

Agora, uma equipe de pesquisa do Imperial College London, do Instituto Cockcroft e da Universidade de Lancaster propôs uma maneira pela qual as singularidades poderiam violar a lei de conservação de carga. Sua teoria foi publicada em Annalen der Physik.

O coautor, professor Martin McCall, do Departamento de Física do Imperial College London, disse: "'A física se decompõe em uma singularidade' é uma das declarações mais famosas da física pop. Mas, ao mostrar como isso pode realmente acontecer, visamos uma das leis mais preciosas da física: a conservação da carga".

Carga destruidora

A conservação de carga diz que a carga elétrica total de qualquer sistema isolado - incluindo o Universo como um todo - nunca muda. Isso significa que, se partículas carregadas negativamente ou positivamente se moverem para uma área, a mesma quantidade de partículas com carga respectivamente deverá se mover.

Isso foi demonstrado em escalas muito pequenas: quando diferentes partículas são criadas ou eliminadas em experimentos como o Grande Colisor de Hádrons, a mesma quantidade de partículas carregadas negativamente e positivamente são sempre produzidas ou destruídas, respectivamente.

Axion acoplado e campo eletromagnético

Agora, ao modificar as equações da física clássica para incluir áxions, um candidato à matéria escura, a equipe foi capaz de mostrar que singularidades temporárias - como buracos negros que aparecem e depois evaporam - podem destruir a carga quando chegam ao fim de sua vida.

Áxions são partículas hipotéticas que podem explicar a matéria escura - os 85% "ausentes" da matéria do Universo. Usando um ramo da matemática chamado geometria diferencial, a equipe descobriu como criar ou destruir carga, violando a conservação de carga do Universo.

A equipe afirma que o fenômeno áxion ocorreria apenas em condições extremas que atualmente não podem ser criadas em um laboratório, mas que avanços futuros em campos intensos de laser podem permitir que a teoria seja testada em um ambiente terrestre.

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quinta-feira, 8 de outubro de 2020

O que devemos saber sobre buracos negros para entender o Prêmio Nobel de Física 2020?

A Academia Real das Ciências da Suécia atribuiu o prêmio a Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez por suas pesquisas sobre buracos negros.

Segundo a Academia, Penrose demonstrou a nível teórico a existência de buracos negros com a ajuda de métodos matemáticos, enquanto Genzel e Ghez o fizeram a nível prático. Foram os primeiros que identificaram visualmente a existência de um "objeto compacto supermassivo" no centro de nossa galáxia. Se acredita que é um buraco negro.

"É um Nobel de reconhecimento, há muito tempo que tinha que ser dado", explicou Alberto Corbí, professor pesquisador na Universidade Internacional de La Rioja (Espanha) à edição de divulgação científica Hipertextual.

O que é um buraco negro?

Os buracos negros são regiões do espaço-tempo onde existe uma concentração de massa suficientemente elevada para gerar um campo gravitacional que nenhuma partícula material, nem mesmo a luz, pode escapar dela.

Somente a radiação pode escapar. "Uma das contribuições de Stephen Hawking foi a teoria de que um buraco negro não é tão denso no sentido da mecânica quântica", explicam cientistas da NASA. Com o tempo, a radiação de Hawking poderia fazer com que o buraco negro simplesmente se evaporasse.

O termo buraco negro foi usado pela primeira vez em 1967. Até aí, eram conhecidos como "estrela em colapso gravitacional completo".

Como se formam?

Os buracos negros surgem quando uma estrela supermassiva colapsa devido a seu próprio peso ao ficar sem combustível. Se forma uma supernova que pode resultar em duas coisas: uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.

Outro cenário de formação é o colapso da parte central da galáxia ou o gás protogaláctico. O buraco negro que se encontra no centro de nossa Via Láctea se chama Sagitário A.

Céu noturno da Via Láctea visto do Parque Nacional Bryce Canyon, nos Estados Unidos

Ainda assim, alguns buracos negros podem ter sido formados no início do Universo, no momento imediatamente posterior ao Big Bang, devido a flutuações do campo gravitacional. Estes buracos negros se chamam buracos primários.

Além do mais, se acredita que podem aparecer como resultado de reações nucleares de alta energia. Nesse caso, se chamam de buracos negros quânticos.

Que tipos de buracos negros existem?

Se acredita que qualquer objeto que sofra um colapso gravitacional, ou seja, um buraco negro, pode ser descrito através de três parâmetros: a massa, a carga e o momento angular. Portanto, existem dois tipos de classificação de buracos negros.

Segundo a massa, podem ser supermassivos, equivalentes a milhões de massas solares. Se encontram no coração das galáxias. Por exemplo, o Sagitário A pesa aproximadamente 4,31 milhões de massas solares. Aos supermassivos se seguem os buracos negros de massa intermediária, de 100 a um milhão de massas solares.

Já os buracos negros de massa estelar são relativamente pequenos, têm mais de três massas solares e se formam a partir das estrelas colapsadas. São os que Penrose e Hawking descobriram a nível teórico no quadro da teoria da relatividade geral de Einstein. O quarto subgrupo é o dos microburacos negros. Este tipo de entidade física é postulado em algumas abordagens da gravidade quântica.

Outra classificação considera a rotação e o momento angular deste fenômeno, estabelecendo quatro tipos de buracos negros, dependendo da forma como giram e de sua carga.

Como se descobriu o buraco negro da Via Láctea?

Andrea Ghez e Reinhard Genzel lideraram dois grupos de astrônomos que, no começo dos anos 90, estudaram a região de Sagitário A, no centro de nossa galáxia.

"Durante décadas, Ghez e Genzel observaram a posição das estrelas ao redor do buraco negro. Se deram conta de sua peculiaridade ao ver órbitas estranhas e com acelerações exageradas. E onde deveria haver algo que provocasse tudo isso, não havia nada. Não se via nada", explicou Corbí.

Ao descartar a possibilidade de ser um objeto conhecido, "como não havia nada que os fizesse se comportar assim e não se via, tinha que ser um buraco negro", indicou.

Ganhadores do Prêmio Nobel em Física em 2020 – Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez

Os cientistas analisaram as ondas gravitacionais que se estendiam através do espaço e do tempo, estudando o que se passava no espaço. Desta maneira, foram descobertas a colisão de um buraco negro e de uma estrela de nêutrons e a colisão entre dois buracos negros.

A 1ª fotografia de um buraco negro

A primeira foto de um buraco negro foi obtida pelo telescópio Event Horizon e apresentada em abril de 2019. É a imagem de um buraco supermassivo no centro da galáxia Messier 87, situada a 54 milhões de anos-luz da Terra. Na imagem se vê o buraco negro no centro, cercado por uma área avermelhada, que é a matéria orbitando em torno dele a alta velocidade.

Imagem de um buraco negro no centro da galáxia M87, obtida pelo Telescópio do Horizonte de Eventos

Em abril de 2020, os cientistas obtiveram a imagem mais detalhada de um jato de matéria sendo expulsa por um buraco negro supermassivo, localizado no coração do quasar 3C 279, a cinco bilhões de anos-luz da Terra.

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quinta-feira, 26 de setembro de 2019

Maior enigma da física moderna teria tomado rumo da resolução

"Troika de Higgs" estaria por trás do desaparecimento da antimatéria. A descoberta deixa cientistas mais próximos de solucionar o mistério da formação do Universo.

Três diferentes bósons de Higgs, conhecidos como a "troika de Higgs", seriam responsáveis pelo desaparecimento da antimatéria no Universo. Cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven de Nova York e do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Kansas desenvolveram uma teoria que poderia explicar o desaparecimento da antimatéria no Universo.

Em artigo publicado na revista digital arXiv, os pesquisadores propõem uma teoria para solucionar o problema da assimetria da matéria, conhecida como "assimetria de bárions". O fenômeno se refere à disparidade entre a quantidade de matéria e antimatéria existente no Universo.

De acordo com os cientistas, a disparidade de aproximadamente um milhão de partículas de matéria para cada partícula de antimatéria observada no Universo poderia ser explicada pela influência dos bósons de Higgs, descobertos com o auxílio do acelerador de partículas Grande Colisor de Hádrons, em 2012.

COPPE/DIVULGAÇÃO

Interior do túnel do Atlas, o maior detector de partículas do mundo localizado na fronteira entre Suíça e França

A teoria proposta sugere que as partículas conhecidas como a "troika de Higgs", aliadas à alta quantidade de energia que caracterizava o Universo nos seus primórdios, teriam levado a matéria a chocar com a antimatéria logo após o Big Bang. Esse fenômeno seria a causa da assimetria de bárions.

Embora os integrantes da "troika de Higgs" ainda não tenham sido observados, sua hipotética influência no desaparecimento da antimatéria coloca os cientistas mais próximos da solução de um dos maiores mistérios da física moderna: a formação do Universo.

sábado, 24 de agosto de 2019

Física: 1° teletransporte quântico em 3D é realizado com sucesso

A conquista foi alcançada por uma equipe de cientistas austríacos e chineses e poderia influenciar significativamente o desenvolvimento dos primeiros computadores quânticos.

Os físicos quânticos da Academia de Ciências da Áustria, da Universidade de Viena e da Universidade de Ciência e Tecnologia da China realizaram um experimento que demonstrou a possibilidade de teletransportar estados quânticos complexos de alta dimensão, conforme informa a revista Physical Review Letters.

Os pesquisadores teletransportaram o estado quântico de um fóton (partícula de luz que pode transportar informação) para outro lugar, localizado a uma certa distância.

Este não foi o primeiro experimento desse tipo, mas antes só era possível transportar fótons em dois níveis, ou "qubits", que é uma informação digital com valores de "0" e "1".

Dessa vez, os pesquisadores conseguiram teletransportar um estado de três níveis, chamado de "qutrit".

Criostato, capaz de resfriar os qubits até 273,1 °C abaixo de zero

Esse experimento bem sucedido pode ter importantes consequências na forma como a informação é organizada e transmitida, incluindo a possibilidade de uma Internet quântica, muito mais rápida e segura.

domingo, 26 de fevereiro de 2017

O QUE SABEMOS? Nova pesquisa poderia reescrever física desde o início

O Modelo Padrão também inclui as quatro forças fundamentais do universo

Desde os gigantes no céu noturno até as partículas que nos fazem, nós - tudo envolve a teoria da física: o modelo padrão. Atualmente, o Modelo Padrão descreve partículas elementares conhecidas como "blocos de construção" da matéria. Essas partículas são vistas em dois tipos básicos: quarks e leptons. Cada tipo tem seis partículas elementares que são encontradas dentro de três pares conhecidos como "gerações".

A primeira geração consiste nas partículas mais leves e mais estáveis, enquanto a segunda e terceira gerações consistem em partículas mais pesadas e menos estáveis. Toda a matéria estável no universo é dito estar na primeira geração. O Modelo Padrão também inclui as quatro forças fundamentais do universo: a força forte, a força fraca, a força eletromagnética e a força gravitacional. Cada força fundamental, diferente da gravidade, tem sua própria partícula correspondente. O gluon carrega a força forte, enquanto o fóton carrega a força eletromagnética, e os bosons W e Z carregam a força fraca. Embora enquanto isso parece som, ainda há muitas perguntas em torno da teoria.

RESPOSTAS ÀS PERGUNTAS ANTIGAS Quatro pesquisadores se juntaram para propor a adição de seis novas partículas para enfrentar cinco questões duradouras dentro da Teoria do Modelo Padrão atual. Este novo modelo proposto, detalhado na APS Física , é nomeado SMASH para "Modelo Padrão Axion gangorra Higgs inflação portal." A equipe propôs que partículas Rho e axion poderia explicar a inflação e matéria escura, respectivamente, juntamente com três pesados neutrinos destros . Com essas descobertas, os pesquisadores esperam responder às seguintes perguntas sobre o Modelo Padrão: O que exatamente é matéria escura? O que causou a inflação? Por que um neutrino é tão leve? Por que há mais matéria do que antimatéria? Embora não haja garantia de que este novo modelo será aceito dentro da comunidade de física, o trabalho realizado por esta equipe é muito simples, por isso deve ser bastante simples para provar ou refutar.

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