Fio supercondutor de 12 mm transportará energia de três usinas

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Este é um dos protótipos do cabo supercondutor, fabricado por uma das empresas parceiras do projeto. [Imagem: IASS]

Reforma da rede elétrica

Com o crescimento econômico e o aumento na demanda de energia, praticamente todas as regiões do mundo estão precisando repensar suas grandes linhas de transmissão de longa distância.

A Europa tem anunciado projetos para a reforma de seu sistema elétrico nos quais se destacam três elementos fundamentais:

1. Uso de fontes renováveis.
2. Migração da corrente alternada para a corrente contínua.
3. Uso de supercondutores.

O grande exemplo continental do uso de fontes renováveis é a Alemanha, onde as geradoras de energia fotovoltaica e eólica representaram 33% do suprimento de eletricidade em 2015.

Dos fios metálicos aos fios supercondutores

A adoção em larga escala das fontes renováveis, contudo, exigirá a construção de linhas de transmissão que deem suporte à descentralização das fontes geradoras, que deverão ser cada vez mais constituídas por empreendimentos de menor porte, e até residenciais.

Assim, o esforço todo se concentra mesmo na reforma das grandes linhas de transmissão de energia de longa distância.

Algumas empresas estão apostando na fabricação de fitas supercondutoras. [Imagem: Cortesia Fujikura/Divulgação]

Para isso, estudos feitos em todo o mundo vêm mostrando que um sistema de corrente contínua pode ser mais eficiente do que o atual sistema baseado em corrente alternada.

O grande problema é que o transporte de eletricidade por cabos de cobre e alumínio tem que lidar com as perdas geradas pela resistência elétrica desses metais. A resistência faz com que os fios aqueçam, o que significa perda de energia - uma perda de até 10% de toda a energia gerada.

A saída então será a adoção de supercondutores, materiais que conduzem a eletricidade sem qualquer resistência. O grande desafio é que esses materiais só funcionam em temperaturas criogênicas, exigindo sistemas de arrefecimento que os tornam caros. A questão é saber se o custo adicional vale a perda atual de energia pelo calor.

Os testes deverão bater o recorde mundial de corrente elétrica por supercondutores em condições próximas ao uso prático. [Imagem: National Institutes of Natural Sciences]

Era dos supercondutores

Os engenheiros estão fazendo sua parte procurando supercondutores mais baratos.

Uma equipe italiana anunciou que descobriu uma forma de criar fios de diboreto de magnésio, um dos supercondutores de mais alta temperatura que se conhece. Para isso, o diboreto de magnésio, que até agora só podia ser fabricado na forma de pó, é sinterizado no interior de tubos de cobre ou níquel.

Agora, uma equipe do Instituto de Estudos Avançados de Sustentabilidade, na Itália, em colaboração com o CERN, que dirige o LHC, está se preparando para fazer os primeiros testes desses novos fios supercondutores.

Se tudo correr conforme os planos, um fio supercondutor de 12,5 milímetros de diâmetro deverá conduzir 10.000 amperes de corrente contínua a uma tensão entre 200 e 320 kV. Isto é praticamente toda a energia gerada simultaneamente por três grandes usinas.

Se o teste tiver sucesso - sobretudo se o sistema de arrefecimento funcionar a contento - pode estar aberto o caminho para um novo sistema de transmissão de energia de longa distância. Pode estar vindo aí a era dos supercondutores.

Japão está construindo cultura para otimizar pequenas empresas inovadoras

Com informações da Universidade Stanford 

Cultura das start-ups

Ainda que a incorporação de empresas emergentes de alta tecnologia - as chamadas start-ups - seja uma prática comum no mercado, o Japão parece decidido a levar a prática a um novo nível.

Parece que, em vez de depender unicamente das inovações "feitas em casa", as corporações japonesas estão cultivando uma "cultura das start-ups", não apenas monitorando continuamente qualquer novo negócio promissor, de forma englobá-lo o mais rapidamente possível, mas também incentivando o surgimento dessas iniciativas promissoras, mas de alto risco.

"Podemos ver que, nos últimos 15 anos mais ou menos, alterações no contexto geral da política econômica japonesa, que passa por uma reforma gradual, mas significativa, criaram um ecossistema de start-ups no Japão muito mais vibrante do que a maioria das pessoas, tanto dentro quanto fora do Japão, se dão conta," afirma o pesquisador Kenji Kushida, da Universidade de Stanford, nos EUA.

Em sua pesquisa, Kushida demonstra que, ao longo da última década, o Japão realizou reformas significativas que agora estão dando frutos - reformas que vão desde a política fiscal e monetária destinada a incentivar o investimento privado, até uma série de regulamentos envolvendo o direito empresarial, a organização das universidades, a mobilidade dos trabalhadores e reformas no mercado financeiro.

Como resultado, o Japão está adotando um "vibrante ecossistema de empresas emergentes de alta tecnologia," disse Kushida.

Evolução empreendedora

O pesquisador afirma que essa transformação - ela fala em "evolução" - pode fazer a diferença em um país onde a estabilidade e a lealdade corporativas - e não necessariamente a inovação ou a criatividade - têm sido os valores sociais e empresariais dominantes.

A diferença é significativa porque, em uma cultura de assimilação de start-ups, as grandes corporações japonesas passam a assimilar uma prática na qual o risco de falha e fracasso fazem parte do jogo.

"A mudança de gerações está acompanhando as mudanças normativas sociais que estão se tornando mais favoráveis ao espírito empreendedor e às empresas emergentes de alto crescimento. Os empreendedores e as empresas emergentes de alto crescimento estão sendo festejadas na mídia popular e nos principais eventos mais do que nunca," escreve Kushida.

Aprendendo no Vale

Ainda assim, o setor de tecnologia do Japão tem um longo caminho a percorrer para se aproximar das práticas do Vale do Silício, onde está a maioria das empresas que rompem com os paradigmas tecnológicos. "Quando comparado com o Vale do Silício, o ecossistema japonês ainda é pequeno em escala, mas praticamente todos os outras ecossistemas de startups são assim," analisa o pesquisador.

Ele relata que um fluxo crescente de empresários e CEOs japoneses está chegando ao Vale do Silício para obter mais do que uma mera noção de como as coisas funcionam ali.

Kushida afirma, se as estimativas atuais se confirmarem, o Japão deve esperar uma onda de pequenas empresas de alta tecnologia de sucesso, todas suportadas por um "ecossistema mais forte de suporte aos negócios emergentes, combinado com grandes empresas mais abertas" ao empreendedorismo.

Essas grandes empresas, diz ele, vão incentivar seus próprios empreendedores internos para que saiam do emprego e lancem outras novas empresas, o que irá acelerar ainda mais o ciclo de startups no Japão.

Bibliografia:

Japan's Startup Ecosystem: From Brave New World to Part of Syncretic "New Japan"
Kenji E. Kushida
Asian Research Policy
Vol.: 7 No. 1, page(s): 67-77

Na Islândia, a tradição do Natal é trocar livros

Pelo site Ciclovivo


Além de evitar o consumismo exacerbado, a prática incentiva a leitura e promove a cultura.

    

                                      A leitura tem papel fundamental na cultura islandesa.

E se os presentes de natal fossem apenas livros? Essa é uma tradição na Islândia. O país tem o costume de comemorar o natal com troca de livros. Além de evitar o consumismo exacerbado, a prática incentiva a leitura e promove a cultura.

Chamada também de “Terra do Gelo”, a Islândia está localizada no hemisfério norte, o que significa que a estação do natal é o inverno. O frio é um incentivo extra para que as famílias passem a noite de natal trocando e lendo seus novos livros, enquanto estão aquecidos dentro de suas casas.

Mas, como a leitura é bem-vinda em qualquer época do ano, independente das condições do clima, essa é uma tradição que poderia ser replicada em qualquer lugar do mundo, inclusive no Brasil. Os pontos positivos desta prática são muitos, desde a economia financeira e a sustentabilidade até a promoção de hábitos simples e prazerosos que estão cada vez mais esquecidos. O melhor de tudo é que, ao presentear alguém com um livro, não é necessário comprar um exemplar novo. Basta escrever uma dedicatória, escolher uma edição que tem em casa ou adquirida em um sebo e permitir que um novo leitor aproveite todo prazer que essas páginas podem proporcionar.

A leitura tem papel fundamental na cultura islandesa. Um artigo publicado pela BBC em 2013 apresentava uma pesquisa sobre a relação entre os islandeses e os livros, mostrando que uma em cada dez pessoas do país são leitores tão ávidos que acabam se tornando escritores.

Apesar de ter uma média de apenas 329 mil habitantes, a Islândia tem uma relação tão forte com a leitura que o país possui mais leitores, mais escritores, mais livros publicados e lidos do que qualquer outro país no mundo, de acordo com a BBC.

Promover a leitura é muito simples, basta incentivá-la. Que tal começar isso também no Brasil para que a troca de livros vire uma tradição apreciada e valorizada por todos?

Como iluminar um quarto por 40 dias só com uma batata

Jonathan KalanDa BBC Future

O pesquisador Haim Rabinowitch e seus colegas dedicaram os últimos anos para tentar criar aparelhos "movidos a batata" - extraindo energia elétrica do tubérculo.
A ideia parece absurda, mas o cientista da Universidade Hebraica de Jerusalém em Israel, diz que, com placas de metal, fios e lâmpadas, é possível gerar energia assim.

"Uma batata tem potência suficiente para iluminar um quarto com lâmpada LED por 40 dias", diz o Rabinowitch.

Os princípios desta técnica já são ensinados há anos nos colégios e conhecidos desde 1780, quando o italiano Luigi Galvani fez as primeiras experiências do tipo. Mas a tecnologia desenvolvida em laboratório aumenta muito a potência.

A bateria com material orgânico é criada com auxílio de dois metais: um ânodo (um metal como zinco, com eletrodos negativos) e um cátodo (cobre, que possui eletrodos positivos). O ácido dentro da batata forma uma reação química com o zinco e o cobre que libera elétrons, que fluem de um material para o outro. Nesse processo, a energia é liberada.

'Super batata'

Em 2010, os cientistas da universidade de Jerusalém começaram a fazer experiências com diversos tipos de batatas para descobrir como aumentar a eficiência energética.

Eles descobriram que uma medida simples - cozinhar as batatas por oito minutos - quebra os tecidos orgânicos e reduz a resistência, facilitando o movimento dos elétrons e produzindo mais energia.

Outra mudança pequena - fatiar a batata em quatro ou cinco pedaços - aumentou a eficiência energética em até dez vezes.

Esses testes conseguiram comprovar que pode ser economicamente viável usar as batatas como fontes de energia.

"É energia de baixa voltagem, mas é suficiente para construir uma bateria que poderia carregar telefones celulares ou laptops em lugares onde não há rede de energia", diz Rabinowitch.

A análise de custos que eles fizeram sugere que uma batata cozida ligada a placas de cobre e zinco pode gerar energia a um custo de US$ 9 por quilowatt-hora. O custo da energia gerada por uma pilha alcalina AA de 1,5 volt chega a ser 50 vezes maior. As lâmpadas de querosene - usadas em muitos ambientes remotos para iluminação - costumam ser seis vezes mais caras.

Alimento ou fonte de energia

Por que, então, as batatas não são usadas em todo o mundo como fonte de energia?

O mundo produziu, em 2010, 324 milhões de toneladas de batatas. O alimento é plantado em 130 países. É barato, fácil de ser estocado e dura muito tempo.

Com 1,2 bilhão de pessoas sem acesso a luz elétrica no mundo, a batata poderia ser a resposta. Rabinowich sugere que a falta de divulgação sobre a potencial da batata como fonte de energia elétrica é parte do problema.

Mas autoridades dizem que a questão é mais complexa.

Com tanta fome no mundo, o uso de alimentos como fonte de energia é polêmico.

"A primeira pergunta a se fazer é: há batatas suficiente para comermos", pergunta Olivier Dubois, autoridade em recursos naturais da FAO, agência da ONU para agricultura e alimentos.

Há lugares em que isso seria impraticável. No Quênia, a batata só perde para o milho como fonte de alimentação.

Em outros países, há pesquisas para explorar a criação de energia com alimentos abundantes localmente. No Sri Lanka, pesquisadores estudam a forma de otimizar o uso da energia elétrica com bananas. As mesmas técnicas - cozinhar e fatiar - funcionaram.

Os custos de se desenvolver uma tecnologia desse tipo e distribuir entre pessoas que necessitam de energia elétrica podem parecer economicamente viáveis. Fabricar placas de zinco e cobre é mais barato do que uma lâmpada de querosene. Mas ainda há outro tipo de resistência à técnica.

Gaurav Manchanda vende painéis solares no Quênia, que são colocados nos telhados de casas. Ele diz que muitos dos seus clientes não procuram apenas seu produto devido à eficiência energética ou preço.

"Eles precisam ver valor no produto, não só em termos de desempenho, como também de status social", conta Manchanda. Uma bateria a base de batatas não é algo que impressione muito a vizinhança.

Pesquisa da USP indica que casca da romã ajuda a prevenir Alzheimer

Pelo site do G1

Fruta ajuda a combater sintomas da doença, como a falta de memória.
Estudo foi feito na Esalq, campus da universidade em Piracicaba (SP).

               Pesquisa da USP de Piracicaba indicou benefícios da casca da romã na prevenção do Alzheimer

Uma pesquisa realizada pela Universidade de São Paulo (USP), em Piracicaba (SP), indica que a casca da romã é rica em substâncias que ajudam na prevenção do Alzheimer.

Segundo Maressa Caldeira Morzelle, doutora em Ciência e Tecnologia de Alimentos, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq/USP), na casca da fruta são encontrados compostos antioxidantes que trazem benefícios à saúde humana. O principal deles é a prevenção do Alzheimer.

                                           Pesquisadora Maressa Morzelle no laboratório da USP de Piracicaba

Por meio do tratamento de animais com  extrato da casca de romã, verificou-se que o consumo do extrato foi capaz de inibir a atividade da enzima acetilcolinesterase, que atua de forma prejudicial nas terminações nervosas, em até 77%.

Os animais tratados apresentaram níveis de substâncias que favorecem a sobrevivência dos neurônios, e foram capazes de reduzir placas amiloides, uma das principais características da doença Alzheimer.

Além disso, os animais que consumiram a romã apresentaram uma manutenção da memória, o que não acontecia nos animais que não eram tratados com a romã.

A casca da romã, que geralmente é descartada, é a parte da fruta onde se concentra a maior quantidade das substâncias que ajudam no combate ao Alzheimer,. “A casca tem dez vezes mais dessas substâncias antioxidantes que a polpa”, diz

O estudo feito por Maressa, e orientado pela professora Jocelem Mastrodi Salgado, também analisou outras frutas, no entanto, a romã foi que apresentou melhor resultado. “Em comparação com outras frutas como o morango e blueberry,  que também são antioxidantes, a romã é a mais eficaz no combate a doenças degenerativas, pois na casca da fruta há uma alta concentração de de compostos fenólicos, os principais responsáveis pela atividade antioxidante”, explica.

                                                 Casca de romã ajuda no combate aos sintomas do Alzheimer

Consumo
A pesquisadora diz que no estudo foi utilizado o extrato da casca da romã, pois como ela não tem um gosto agradável seria difícil a ingestão dela pelos animais, então foi necessária a fabricação do extrato. Mas que as pessoas não precisam consumir um extrato para usufruir os benefícios da fruta.  "As pessoas podem fazer suco ou chá com a casca, que terão a ingestão desse composto da mesma forma”, conta.

Maressa ainda destaca que como o efeito da substância é preventivo, é aconselhável começar a consumir a casca da romã ainda jovem. “O ideal é que as pessoas comecem a consumir a casca da romã o quanto antes, pois assim será cada vez menor a possibilidade de desenvolver o Alzheimer", diz.

Uso de eletrônicos em excesso atrasa desenvolvimento infantil, diz Unicamp

Pelo G1

Um estudo da Faculdade de Educação (FE) da Unicamp, em Campinas (SP), concluiu que as crianças que usam aparelhos eletrônicos sem controle e não brincam, ou brincam pouco, no "mundo real" podem ter atraso no desenvolvimento. A pesquisa foi realizada com meninos e meninas de 8 a 12 anos de idade, que ficam de quatro a seis horas diante das telas de computadores, tablets, celulares e videogames.

Para a pedagoga Ana Lúcia Pinto de Camargo Meneghel, que desenvolveu o estudo na FE durante o mestrado na linha de psicologia da educação, as crianças que se enquadram neste perfil acabam não brincando e nem tendo uma rotina, o que afeta no ritmo de construção do desenvolvimento cognitivo.

Apenas uma criança, de 12 anos, tinha construído as noções lógico-elementares, que seriam as noções matemáticas e a noção de espaço"

Ana Lúcia Pinto de Camargo Meneghel, pesquisadora da Unicamp

Ao todo, 21 meninos e meninas de uma escola particular na região de Campinas (SP) passaram por testes para avaliar as capacidades que eles precisam ter para, inclusive, aprender bem o conteúdo ensinado na escola. Para a surpresa da pesquisadora, de todas as crianças, apenas uma mostrou as habilidades esperadas para essa faixa.

"Apenas uma criança, de 12 anos, tinha construído as noções lógico-elementares, que seriam as noções matemáticas e a noção de                                                                                     espaço", afirma a pesquisadora da Unicamp.

Brincar aumenta a criatividade
O uso de eletrônicos em si não é exatamente o problema, segundo a pesquisa, mas sim a falta de brincadeiras no "mundo real".

"O mais importante é eles brincarem. Num parquinho, na piscina, na escola. Precisa oferecer para essas crianças atividades criativas. Atividades que eu vou buscar, que eu tenha curiosidade". explica Ana Lúcia.

Criança que brincam mais desenvolvem mais a criatividade

Moradora de uma chácara em Vinhedo (SP), Isabella Bracalente, de 9 anos, aproveita para subir em árvores e explorar brincadeiras, como andar de bicicleta, patins e pular corda.

"Eu acho que só ficar no tablet o dia inteiro, a gente não desenvolve a nossa criatividade. Por isso que eu gosto de brincar", conta a menina.

Segundo a pesquisa, quando a criança brinca, faz uso das operações infralógicas, que garantem noção operatória de espaço, tempo e causalidade. Um exemplo é uma brincadeira simples de entrar debaixo de uma cadeira. A criança precisa viver a experiência para saber se cabe naquele espaço ou não.

Crianças foram entrevistadas
A pedagoga e pesquisadora Ana Lúcia conversou com as crianças e todas afirmaram ter pelo menos quatro aparelhos eletrônicos em casa. Sobre brincadeiras na rua, os meninos e meninas responderam que não brincavam porque os pais não deixavam, por ser perigoso.

                          Crianças que brincam muito com aparelhos eletrônicos têm prejuízos

Sobre a prática de atividades físicas, das 21 crianças avaliadas, 14 afirmaram que não praticavam nenhuma. As que disseram sim, afirmaram fazer natação, uma ou duas vezes na semana.

A pesquisadora percebeu em outros questionamentos, sobre o que as crianças fazem quando não estão na escola, que muitas não conseguem descrever suas rotinas.

Dificuldades para medir espaço
Entre os testes desempenhados, as crianças tiveram que montar uma torre com peças de madeira em uma mesa e depois outra no chão, com peças diferentes. A ideia é que construíssem torres de igual tamanho. Elas tiveram dificuldades para medir as duas.

Em outra prova, a pesquisadora avaliou a perspectiva. Com a ajuda de uma maquete de casas e fotos de diversos ângulos da maquete, muitas das crianças não conseguiram definir as posições das casas. Ana Lúcia concluiu que essas crianças ainda não tinham desenvolvido a noção de espaço.

E em atendimentos psicopedagógicos, verificou que as crianças sem oportunidade de brincar, explorar e que passam horas diante dos aparelhos eletrônicos, apresentaram dificuldade na hora de organizar os pensamentos. Foi difícil, por exemplo, montar contas matemáticas no papel com um número embaixo do outro.

                        Crianças precisam brincar mais ao ar livre, conclui pesquisa da Unicamp

Simulador gratuito projeta robô que evolui

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Este robô foi inteiramente gerado, projetado e construído a partir do simulador gratuito.[Imagem: Robogen/Divulgação]

Robôs que evoluem

"Em última análise, os robôs poderão ser capazes de gerar os seus próprios valores e desejos e, em certo sentido, terem suas próprias mentes."

A afirmação corajosa e desafiadora é do professor Eors Szathmáry, do Centro Parmênides para Fundamentos Conceituais da Ciência, em Munique, na Alemanha.

E não se trata apenas de ideias: Szathmáry é coordenador do projeto europeu Insight, que está adotando uma abordagem multidisciplinar para entender a cognição humana e aplicar as descobertas em sistemas de inteligência artificial.

Um dos frutos desse esforço é o Robogen, um simulador gratuito, de código aberto, que permite aplicar conceitos evolutivos para o desenvolvimento de corpos e de cérebros robóticos.

O objetivo completo do projeto é que qualquer pessoa possa usar o programa, projetar as peças necessárias para construir seu robô e fabricá-las usando uma impressora 3D.

Neurodinâmica darwiniana

A ideia de desenvolvimento de uma mente robótica foi reforçada depois que a equipe usou o simulador para testar hipóteses que aplicam a teoria darwiniana da evolução ao desenvolvimento cognitivo humano.

"As profundas semelhanças entre o pensamento e a evolução nos levaram a levantar a hipótese de que as adaptações cognitivas - obtidas pela seleção natural neuronal - são realizadas em tempo real nas redes neuronais do cérebro humano durante toda a vida. Nós chamamos este processo de neurodinâmica darwiniana," explica Szathmáry.

Depois de testar suas hipóteses em culturas de células, animais de laboratórios, voluntários humanos e robôs, e comparar os resultados com o simulador robótico, a equipe está chegando a conclusões impressionantes.

"Ao contrário da seleção artificial, que diz 'Esta é a sua função, isto é o que você deve evoluir', nós descobrimos que um robô pode se desenvolver do seu próprio jeito," diz o pesquisador.

Inteligência artificial

"As implicações desta pesquisa são de longo alcance," garante a equipe. "Uma reviravolta interessante pode ser que os processos evolucionários que acontecem no cérebro podem ser ainda mais poderosos do que na natureza, já que eles são modificados e guiados pela aprendizagem. Embora grande parte disto ainda seja especulativo - é necessário refinar e aperfeiçoar os modelos - o projeto começou a colocar carne sobre os ossos de uma teoria que pode um dia levar à autoaprendizagem das máquinas, sistemas de tradução mais inteligentes e transformar o ensino e a resolução de problemas."

Sinapse artificial multiplica poder dos implantes neurais

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Apesar da simplicidade do memoristor, sua eficiência na leitura das sinapses é imbatível. [Imagem: Isha Gupta - 10.1038/ncomms12805]

Memoristores

Conhecidos como "sinapses artificiais", os memoristores - você pode optar também por memristores ou por memorristores - estão na base da construção dos processadores neuromórficos, que imitam o funcionamento do cérebro.

Mas a capacidade de lembrar das correntes elétricas que o atravessaram - daí o efeito memória que lhes dá o nome - pode aproximar ainda mais esse quarto componente fundamental da eletrônica dos seus equivalentes biológicos, os neurônios e suas sinapses.

Em testes experimentais, os memoristores apresentaram uma eficiência inesperada ao serem usados como um sistema de processamento em tempo real dos sinais neurais - o disparo entre os neurônios, mais conhecidos como sinapses.

Além de detectar os sinais, como os eletrodo tradicionais, os memoristores comprimem os dados em até 200 vezes, resolvendo o problema da largura de banda para a recepção dos dados do cérebro, e reduzem o consumo de energia do implante neural em até 100 vezes.

Implantes neurais

O monitoramento dos neurônios é fundamental para a neurociência e para o desenvolvimento de neuropróteses, aparelhos biomédicos controlados pela atividade neural - mais conhecidos como "aparelhos controlados pelo pensamento".

Contudo, uma das limitações é que os implantes neurais para coletar os dados e processá-los em tempo real até agora não são muito eficientes, com baixa capacidade de processamento, baixa capacidade de transmissão de dados e alto consumo de energia.

O uso dos memoristores vem dar um novo alento a esse campo.

"Ficamos impressionados que estes dispositivos emergentes em nanoescala, apesar de terem uma arquitetura bastante simples, possuem uma dinâmica ultrarrica que pode ser aproveitada, muito além das aplicações óbvias como memória, para resolver limitações fundamentais na largura de banda e na potência que atualmente impedem a ampliação das interfaces neurais para além de 1000 canais de gravação," disse Themis Prodromakis, da Universidade de Southampton, no Reino Unido.

Bibliografia:

Real-time encoding and compression of neuronal spikes by metal-oxide memristors
Isha Gupta, Alexantrou Serb, Ali Khiat, Ralf Zeitler, Stefano Vassanelli, Themistoklis Prodromakis
Nature Communications
Vol.: 7, Article number: 12805
DOI: 10.1038/ncomms12805

Matéria e antimatéria podem ser criadas com laser

Com informações da PhysOrg 

O pulso de laser se propaga ao longo do eixo X, enquanto a superfície da folha metálica fica na perpendicular.[Imagem: Kostyukov/Nerush/IAP RAS]

                              Faça-se a matéria

A interação entre a luz e a matéria está na base de inúmeras tecnologias, das células solares à plasmônica e à spintrônica, sem falar de todas aquelas que levam o termo "quântico" no nome, como a computação quântica.

Mas quando a luz atinge intensidades muito elevadas, sobretudo na forma de lasers de alta potência, as coisas começam a ficar deveras interessantes - para dizer o mínimo.

Igor Kostyukov e Evgeny Nerush, da Academia Russa de Ciências, acabam de publicar um artigo explicando como produzir elétrons e pósitrons a partir de interações laser-matéria em intensidades ultrafortes.

Em outras palavras, eles calcularam como fazer para criar matéria e antimatéria usando lasers.

Não parece de todo estranho para quem está acostumado com a criação de matéria a partir do vácuo quântico, mas agora os dois físicos não estão falando apenas de fótons, mas de elétrons e pósitrons, as antipartículas dos elétrons.

Produção de matéria e antimatéria do "nada"

O conceito fundamental por trás desses experimentos aparentemente bizarros é fornecido por uma área da física conhecida como eletrodinâmica quântica, que explica como um forte campo elétrico pode fazer o vácuo quântico "ferver" - como o vácuo quântico é tudo, menos vazio, as partículas virtuais que existem nele saltam para a "realidade", onde podem ser capturadas.

"O campo [elétrico] pode converter esses tipos de partículas de um estado virtual, no qual as partículas não são diretamente observáveis, para um estado real," explicou Kostyukov.

A coisa deverá funcionar da seguinte forma: o forte campo elétrico injetado pelo laser causará grandes perdas de radiação pelos elétrons de uma placa metálica que servirá como alvo porque uma quantidade significativa da sua energia será convertida em raios gama - fótons de alta energia, que são as partículas que formam a luz. Os fótons de alta energia produzidos nesse processo vão interagir com o campo do laser e criar pares de elétrons e pósitrons.

Como resultado, emerge um novo estado da matéria: partículas fortemente interativas, campos ópticos e radiação gama, uma mistura cuja dinâmica é regida pela interação entre fenômenos da física clássica e processos quânticos.

Distribuição dos elétrons (verde) e dos pósitrons (vermelho) produzidos pela cascata eletrodinâmica quântica. [Imagem: Kostyukov/Nerush/IAP RAS]

Cascata quântica

Embora vários experimentos de laboratório já tenham comprovado que a geração de luz e matéria a partir do vácuo funciona de fato, a nova teoria - que ainda não está completa - depende de um fenômeno diferente, conhecido como "cascata eletrodinâmica quântica", uma espécie de reação autossustentada. Além de não ser totalmente compreendido, esse fenômeno ainda depende do desenvolvimento de equipamentos que possam permitir sua observação em laboratório.

Os dois físicos salientam que elucidaram a fase inicial do fenômeno, quando os pares elétron-pósitron produzidos não interferem significativamente com a interação entre o laser e a folha metálica.

"Agora, nós estamos explorando o estágio não-linear, quando o plasma autogerado de elétrons-pósitrons modifica a interação. E nós vamos tentar expandir nossos resultados para configurações mais gerais das interações laser-matéria e outros regimes de interação, levando em consideração uma faixa de parâmetros mais ampla," disse Kostyukov.

Segundo ele, quando esses experimentos puderem ser realizados, o fenômeno da geração de matéria e antimatéria pelo laser poderá ser importante não apenas em pesquisas fundamentais de física e na bem-vinda produção de antimatéria, mas também em fontes de plasma e feixes de fótons e pósitrons que deverão superar muito a intensidade dos atuais aceleradores.

Bibliografia:

Production and dynamics of positrons in ultrahigh intensity laser-foil interactions
Igor Yu. Kostyukov, Evgeny N. Nerush
Physics of Plasmas
Vol.: 23, 093119
DOI: 10.1063/1.4962567

Cristal emenda pedaços e cicatriza depois de quebrado

Redação do Site Inovação Tecnológica 

O cristal cola novamente depois de quebrado - é possível ver a "cicatriz" na parte central do cristal. [Imagem: Patrick Commins/NYU Abu Dhabi]

Cristal

Pesquisadores sintetizaram um pequeno cristal amarelo que, quando quebrado, volta a colar, bastando colocar seus pedaços juntos novamente, sem adição de qualquer produto.

Já foram desenvolvidos vários materiais que se regeneram ou se autoconsertam, mas todos são polímeros ou géis, ou seja, materiais moles - esta é a primeira vez que o autoconserto ocorre em um material cristalino, duro e seco.

E a similaridade com a cicatrização dos materiais biológicos vai além: o cristal cria uma "cicatriz" depois de voltar a se unir.

Autoconserto

Vendo as características que permitem a recolagem dos materiais moles, Patrick Commins e seus colegas da Universidade de Nova Iorque se perguntaram o que aconteceria se eles sintetizassem um material duro que apresentasse a mesma estrutura atômica responsável pela cicatrização dos materiais moles.

Eles chegaram a um composto orgânico à base de enxofre - batizado de dissulfeto de di-pirazol-tiuram - que forma pequenos cristais. Isto porque é a relação entre os átomos de enxofre que dá a propriedade de autoconserto aos polímeros moles - os átomos de enxofre "fluem" em direção uns aos outros, refazendo a conexão que conserta o material.

E, confirmando que os átomos de enxofre são de fato responsáveis pela autocicatrização, a coisa funcionou no cristal.

"O que acontece quando nós quebramos o cristal é que todos esses [átomos de] enxofre se movimentam, e quando nós pressionamos os pedaços eles reformam suas ligações e o cristal se conserta," contou Commins.

Os átomos de enxofre "fluem" para a borda quando dois pedaços do cristal se juntam, refazendo a conexão e juntando as duas partes quebradas. [Imagem: Patrick Commins/NYU]

Cristais com cicatrização

O autoconserto é suficiente para que o cristal torne-se uma única peça novamente, restando apenas uma "marca de cicatrização" onde ele havia sido quebrado.

As propriedades mecânicas, contudo, não se restauram por completo: basta uma força de 6,7% da força necessária para quebrar originalmente o cristal para que ele se quebre novamente depois do autoconserto.

"Isto é de fato uma pequena revolução, porque mostra um conceito que até agora não era considerado possível. É a primeira vez que observamos que estruturas rígidas como cristais podem se autoconsertar. Ninguém esperava por isso. É certamente uma mudança no nosso entendimento dos cristais," disse o professor Pance Naumov.

Bibliografia:

Self-Healing Molecular Crystals
Patrick Commins, Hideyuki Hara, Pance Naumov
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.201606003