outubro 2017
Ciência Na Frente
Do Infinitamente Pequeno ao Infminitamente Grande
Finalmente detetada a interação de dois fotões
Em 1936 dois físicos teóricos alemãs, Werner Heisenberg e Hans Heinrich Euler, previram a existência de um processo raro, a difusão elástica fotão-fotão, quer dizer a interação de um fotão com outro fotão. A colaboração Atlas, a trabalhar no acelerador LHC do CERN, finalmente mostrou-a.
A ideia da interação de dois fotões tem algo de surpreendente já que as equações de Maxwell, para o eletromagnetismo, não prevêem a interação da luz com ela mesma. Com efeito, quando dois feixes luminosos se cruzam, atravessam-se mutuamente e seguem o seu caminho sem qualquer modificação. Desde 1934, com o desenvolvimento da física quântica, Heisenberg e Euler procederam à revisão da teoria eletromagnética na sua forma quantificada, prefigurando a teoria da eletrodinâmica quântica (chamada QED, a sigla inglesa para Quantum ElectroDynamics), desenvolvida nos anos 40, do século XX. Estes dois investigadores sugeriram então que, através de efeitos não lineares, dois fotões poderiam interagir.
Como é que a QED descreve este processo? Dois eletrões ou positrões (as antipartículas dos eletrões) interagem através da troca de um ou mais fotões: é esta a tradução, em linguagem quântica, da interação eletromagnética. Da mesma forma, dois fotões podem interagir pela troca de um eletrão (ou de um positrão e genericamente para todas as partículas que possuam uma carga elétrica). Aqui o ponto central é que os eletrões possuem uma carga elétrica que deve ser conservada. Consequentemente, o primeiro fotão deverá reenviar o eletrão recebido para o segundo fotão, o que produz uma ida e volta de eletrões. Na QED, fala-se de uma troca em anel onde os eletrões e os positrões se trocam. Neste efeito puramente quântico, as partículas trocadas apenas aparecem num lapso de tempo muito pequeno, correspondente à duração da interação: fala-se assim de partículas virtuais.
Preparar a evidência experimental deste processo é um enorme desafio. Com efeito, a probabilidade de dois fotões interagirem ao acaso é muito fraca e requer um grande fluxo de fotões para se esperar que apenas uma difusão aconteça. Mesmo os laseres mais intensos são insuficientes para que se consiga ver um fotão interagir com outro.
A colaboração Atlas explorou uma outra aproximação para detetar a interação fotão-fotão. O LHC acelera protões, mas a maior parte do tempo ele funciona como um colisionador de iões de chumbo. O objetivo principal destas colisões é de formar um plasma de quarks e de gluões, ou seja, um estado da matéria semelhante ao do início do Universo, nos seus primeiros instantes. Ora a utilização de iões de chumbo têm também interesse para o fenómeno de que estamos a falar.
Os campos eletromagnéticos associados aos iões acelerados e em colisão são tão intensos que podem ser quase comparados a feixes de fotões. Nas condições experimentais do LHC, a possibilidade de fazer interagir dois fotões, está assim no horizonte da equipa Atlas... mesmo que permaneça superior a 100 milhões de vezes mais fraca do que a probabilidade de interação, chamada de hadrónica, entre dois iões de chumbo. Após análise dos dados, os físicos isolaram 13 acontecimentos que correspondem à difusão elástica fotão-fotão.
A ideia da interação de dois fotões tem algo de surpreendente já que as equações de Maxwell, para o eletromagnetismo, não prevêem a interação da luz com ela mesma. Com efeito, quando dois feixes luminosos se cruzam, atravessam-se mutuamente e seguem o seu caminho sem qualquer modificação. Desde 1934, com o desenvolvimento da física quântica, Heisenberg e Euler procederam à revisão da teoria eletromagnética na sua forma quantificada, prefigurando a teoria da eletrodinâmica quântica (chamada QED, a sigla inglesa para Quantum ElectroDynamics), desenvolvida nos anos 40, do século XX. Estes dois investigadores sugeriram então que, através de efeitos não lineares, dois fotões poderiam interagir.
Como é que a QED descreve este processo? Dois eletrões ou positrões (as antipartículas dos eletrões) interagem através da troca de um ou mais fotões: é esta a tradução, em linguagem quântica, da interação eletromagnética. Da mesma forma, dois fotões podem interagir pela troca de um eletrão (ou de um positrão e genericamente para todas as partículas que possuam uma carga elétrica). Aqui o ponto central é que os eletrões possuem uma carga elétrica que deve ser conservada. Consequentemente, o primeiro fotão deverá reenviar o eletrão recebido para o segundo fotão, o que produz uma ida e volta de eletrões. Na QED, fala-se de uma troca em anel onde os eletrões e os positrões se trocam. Neste efeito puramente quântico, as partículas trocadas apenas aparecem num lapso de tempo muito pequeno, correspondente à duração da interação: fala-se assim de partículas virtuais.
Preparar a evidência experimental deste processo é um enorme desafio. Com efeito, a probabilidade de dois fotões interagirem ao acaso é muito fraca e requer um grande fluxo de fotões para se esperar que apenas uma difusão aconteça. Mesmo os laseres mais intensos são insuficientes para que se consiga ver um fotão interagir com outro.
A colaboração Atlas explorou uma outra aproximação para detetar a interação fotão-fotão. O LHC acelera protões, mas a maior parte do tempo ele funciona como um colisionador de iões de chumbo. O objetivo principal destas colisões é de formar um plasma de quarks e de gluões, ou seja, um estado da matéria semelhante ao do início do Universo, nos seus primeiros instantes. Ora a utilização de iões de chumbo têm também interesse para o fenómeno de que estamos a falar.
Os campos eletromagnéticos associados aos iões acelerados e em colisão são tão intensos que podem ser quase comparados a feixes de fotões. Nas condições experimentais do LHC, a possibilidade de fazer interagir dois fotões, está assim no horizonte da equipa Atlas... mesmo que permaneça superior a 100 milhões de vezes mais fraca do que a probabilidade de interação, chamada de hadrónica, entre dois iões de chumbo. Após análise dos dados, os físicos isolaram 13 acontecimentos que correspondem à difusão elástica fotão-fotão.
As rotações solares
Uma semana é o tempo que demora o núcleo do Sol a dar uma volta sobre si mesmo. Desde há vários anos que os astrofísicos supunham que a velocidade angular da rotação do núcleo deste astro era superior à da sua superfície, mas nunca tinham conseguido quantificar este desfasamento. Foi, todavia, coisa conseguida por Éric Fossat, do observatório da Côte d'Azur e da sua equipa.
Para o conseguir, os investigadores tentaram detetar a presença de ondas de gravidade na estrela, registando a sua assinatura nas ondas acústicas solares mensuráveis à superfície do astro. A partir das características destas ondas de gravidade, deduziram que o núcleo do Sol gira quatro vezes mais depressa do que a sua superfície. Os novos modelos da nossa estrela, a partir de agora, devem ter estes dados em conta.
Para o conseguir, os investigadores tentaram detetar a presença de ondas de gravidade na estrela, registando a sua assinatura nas ondas acústicas solares mensuráveis à superfície do astro. A partir das características destas ondas de gravidade, deduziram que o núcleo do Sol gira quatro vezes mais depressa do que a sua superfície. Os novos modelos da nossa estrela, a partir de agora, devem ter estes dados em conta.
O que posso observar no céu de outubro?
7 - Marte no afélio (ponto mais afastado da sua órbita) a 249,3 milhões de Km do Sol - 23:00
8 - Mercúrio em conjunção superior - 22:00
9 - Lua no perigeu a 366 855 Km da Terra- 06:55
21 - A chuva de meteoros das Oriónidas atinge o seu pico antes do amanhecer
25 - Lua no apogeu a 405 154 Km da Terra - 03:26
8 - Mercúrio em conjunção superior - 22:00
9 - Lua no perigeu a 366 855 Km da Terra- 06:55
21 - A chuva de meteoros das Oriónidas atinge o seu pico antes do amanhecer
25 - Lua no apogeu a 405 154 Km da Terra - 03:26
Fases da Lua em outubro
19 - às 20h 12min - nova
27 - às 23h 22min - crescente
05 - às 19h 40min - cheia
27 - às 23h 22min - crescente
05 - às 19h 40min - cheia
12 - às 13h 25min - minguante
Planetas visíveis a olho nu em outubro
MERCÚRIO - Poderá ser visto somente próximo do horizonte, a leste, antes do nascimento do Sol ou a oeste, depois do ocaso do Sol. Será visível, de tarde, por volta do instante do começo do crepúsculo civil, a partir de 23 de outubro.
VÉNUS - Poderá ser facilmente identificado pelo seu grande brilho. Durante todo o mês será visível como estrela da manhã.
MARTE - Pode ser visto ao amanhecer na constelação de Leão e em meados de outubro na constelação de Virgem.
JÚPITER - Em meados de outubro encontra-se muito próximo do Sol para observação.
SATURNO - Pode ser visto ao anoitecer.
VÉNUS - Poderá ser facilmente identificado pelo seu grande brilho. Durante todo o mês será visível como estrela da manhã.
MARTE - Pode ser visto ao amanhecer na constelação de Leão e em meados de outubro na constelação de Virgem.
JÚPITER - Em meados de outubro encontra-se muito próximo do Sol para observação.
SATURNO - Pode ser visto ao anoitecer.
Fonte: Observatório Astronómico de Lisboa
Visibilidade da Estação Espacial Internacional
(para localizações aproximadas de 41.1756ºN, 8.5493ºW)
| Data | Magnitude | Início | Ponto mais alto | Fim | Tipo da passagem | ||||||
| (mag) | Hora | Alt. | Az. | Hora | Alt. | Az. | Hora | Alt. | Az. | ||
| 11-10 | -2,9 | 20:50:06 | 10° | NO | 20:52:34 | 46° | NNO | 20:52:34 | 46° | NNO | visível |
| 12-10 | -3,2 | 19:57:57 | 10° | NO | 20:01:05 | 40° | NNE | 20:02:35 | 24° | E | visível |
| 12-10 | -0,5 | 21:34:41 | 10° | ONO | 21:35:15 | 13° | O | 21:35:15 | 13° | O | visível |
| 13-10 | -3,1 | 20:42:07 | 10° | ONO | 20:45:17 | 47° | SO | 20:45:22 | 47° | SO | visível |
| 14-10 | -3,9 | 19:49:46 | 10° | NO | 19:53:04 | 87° | NNE | 19:55:37 | 16° | SE | visível |
| 15-10 | -1,4 | 20:34:33 | 10° | O | 20:37:00 | 20° | SO | 20:38:43 | 14° | S | visível |
| 16-10 | -2,4 | 19:41:48 | 10° | ONO | 19:44:51 | 37° | SO | 19:47:55 | 10° | SSE | visível |
| 18-10 | -0,8 | 19:34:24 | 10° | O | 19:36:27 | 16° | SO | 19:38:31 | 10° | S | visível |
Como usar esta grelha:
Coluna Data - data da passagem da Estação;
Coluna Brilho/Luminosidade (magnitude) - Luminosidade da Estação (quanto mais negativo for o número maior é o brilho);
Coluna Hora - hora de início, do ponto mais alto e do fim da passagem;
Coluna Altitude - altitude medida em graus tendo o horizonte como ponto de partida 0º;
Coluna Azimute - a direção da Estação tendo o Norte geográfico como ponto de partida.
Coluna Azimute - a direção da Estação tendo o Norte geográfico como ponto de partida.
Fonte: http://www.heavens-above.com/
Vídeo do Mês
As incríveis invenções da IA intuitiva
Imagem do Mês
Retrato da NGC 281
Ao olhar-se a nuvem cósmica catalogada como NGC 281, podemos não ver as estrelas do enxame aberto IC 1590. Este enxame formou-se no interior da nebulosa e as suas estrelas maciças e jovens dão este brilho espetacular e penetrante. As formas que se podem ver nesta imagem, da NGC 281, são grandes e densas colunas de poeiras vistas como silhuetas, erudidas por ventos intensos e energéticos e pela radiação das quentes estrelas do enxame. Se conseguirem sobreviver tempo suficiente, estas estruturas poderão tornar-se em locais de formação de futuras estrelas. Apelidada de uma forma divertida a Nebulosa do Pacman, devido à sua forma geral, a NGC 281 está a cerca de 10 000 anos-luz na constelação de Cassiopeia. Esta imagem abrange cerca de 80 anos-luz do total comprimento estimado da NGC 281.
Fonte: www.nasa.gov
Fonte: www.nasa.gov
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