Paradoxo quântico é observado diretamente pela primeira vez
[Imagem: Institute of Physics]
Ciência e filosofia
Na mecânica quântica, um campo na vanguarda da física onde a ciência muitas vezes se funde com a filosofia, grande parte do nosso conhecimento é baseado em suposições e probabilidades.
Mas um grupo de pesquisadores no Japão acaba de levar um dos paradoxos fundamentais da mecânica quântica - uma questão até agora meramente teórica - para o laboratório, para o âmbito da experimentação, e observar diretamente algumas das mais "assombrosas questões da mecânica quântica."
Paradoxo de HardyO paradoxo de Hardy, o axioma segundo o qual não podemos fazer inferências sobre os acontecimentos passados que não tenham sido observados diretamente, ao mesmo tempo reconhecendo que o próprio ato da observação afeta a realidade que procuramos desvendar, coloca um dilema que os físicos quânticos têm procurado superar há décadas.
Como você pode observar a mecânica quântica, sistemas atômicos e subatômicos que ocorrem em escala tão pequena que não podem ser descritos em termos clássicos, se o próprio ato de olhar para eles pode mudá-los permanentemente?
Em um artigo publicado na revista New Journal of Physics, pesquisadores da Universidade Osaka, no Japão, explicam como eles usaram uma medida técnica que tem um impacto quase imperceptível sobre o experimento que lhes permitiu compilar objetivamente resultados prováveis em escala subatômica.
Experimento de Lucien HardyO experimento, baseado na experiência do pensamento de Lucien Hardy, que utilizou interferômetros - instrumentos que podem ser utilizados para entrelaçar os fótons - para seguir as rotas de dois fótons, deveria apresentar resultados contraditórios que não se conformam com o nosso entendimento clássico da realidade. Embora o Paradoxo de Hardy raramente seja refutado, até recentemente ele era apenas um experimento mental.
Usando um par de fótons entrelaçados e um original, mas complexo, método de medição fraca, que não interfere com o caminho dos fótons, os pesquisadores deram um passo significativo rumo ao domínio da realidade da mecânica quântica.
Segundo o artigo, "Ao contrário do argumento original de Hardy, a nossa demonstração revela o paradoxo pela observação, em vez de por inferência. Nós acreditamos que a demonstração da medição fraca é útil não só para a exploração dos fundamentos da física quântica, mas também para diversas aplicações, tais como metrologia quântica e tecnologias quânticas da informação."
Bibliografia:
Direct observation of Hardy s paradox by joint weak measurement with an entangled photon pairKazuhiro Yokota, Takashi Yamamoto, Masato Koashi, Nobuyuki ImotoNew Journal of PhysicsMarch 2009Vol.: 11 033011 (9pp)DOI: 10.1088/1367-2630/11/3/033011
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Nanoantenas de carbono superam antenas tradicionais em aplicações sem fio
Nanoantena
"Ela transmite quase tão bem quanto uma antena de cobre comum, mesmo tendo apenas um décimo de milésimo de seu peso." É assim que os pesquisadores da Universidade de Cincinnati, nos Estados Unidos, descrevem a sua nanoantena, construída com uma fibra feita com nanotubos de carbono.

Para testar a nanoantena e comprovar sua incrível eficiência, os pesquisadores abriram um telefone celular e substituíram a antena do aparelho pela finíssima fibra de nanotubos de carbono que eles teceram em seu laboratório.
Antena dipolo de carbono
"A surpresa mais agradável foi como foi fácil fazê-la funcionar. A parte mais difícil é manipular a antena. Ela flutua no ar ambiente," conta David Mast, que desenvolveu a nanoantena em colaboração com seus colegas Vesselin Shanov e Mark Schulz.
Para facilitar os testes, os pesquisadores colaram sua antena dipolo de nanotubos de carbono, que mede apenas 25 micrômetros de diâmetro, em uma fita adesiva.
A nanoantena tem inúmeras possibilidades de uso, podendo servir para transmitir dados em equipamentos superminiaturizados, como implantes médicos, etiquetas RFID e em roupas inteligentes, que poderão ter equipamentos eletrônicos incorporados no interior das fibras do tecido.
Elétrons na superfície
A antena de nanotubos de carbono funciona tão bem porque os elétrons estão sempre tentando ir para a superfície do material por onde eles transitam. Como o cobre é um material maciço, resta uma superfície pequena para que eles transitem.
Na fibra de nanotubos de carbono, os elétrons podem ir sempre para a superfície dos diversos nanotubos individuais que compõem a fibra. Em vez de vencer a resistência para caminhar no interior de um material maciço, eles estão sempre na superfície, que é onde eles trafegam com maior eficiência. Além disso, os nanotubos são ocos, o que deixa ainda mais área superficial à disposição dos elétrons.
Substituindo as fiações de cobre
"As fibras de carbono têm uma fração dos atuais condutores de cobre e as antenas poderão ser aplicadas diretamente [nos equipamentos], podendo ter importância significativa em atividades aeroespaciais. Em um avião, há várias centenas de quilogramas de cabos e fiações de cobre," diz Mast.
Agora os pesquisadores planejam melhorar a resistência de suas fibras, tecendo-as em múltiplas malhas, além de encontrar empresas que estejam dispostas a fabricar as nanoantenas em escala comercial.
www.uc.edu/news
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Microscópio usa espelho para revelar interior de amostras biológicas

Usando um espelho feito com nanopartículas de prata, cientistas descobriram como fazer com que os microscópios revelem as estruturas internas de praticamente qualquer tipo de material biológico opaco, de células tumorais e ossos às escamas iridescentes do "besouro fotônico".
Compreendendo o besouro
Em junho de 2008, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, descobriu que as escamas de um besouro brasileiro poderiam servir de inspiração para a construção de dispositivos ópticos inéditos .
Em busca de compreenderem melhor a estrutura interna das escamas do Lamprocyphus augustus, de forma a poderem reproduzir suas características em materiais artificiais, abrindo caminho inclusive para a construção de computadores ópticos, os cientistas tiveram que desenvolver uma nova tecnologia de microscopia.
Microscópios a laser
A nova técnica de visualização envolve uma área conhecida como microscopia de fluorescência ou microscopia a laser, na qual um raio laser é utilizado para fazer com que a amostra emita luz, seja porque ela emite luz naturalmente, seja como efeito da reflexão de corantes fluorescentes previamente injetados.
A grande limitação dessa técnica é que os corantes fluorescentes, quando excitados pelo laser, emitem compostos químicos tóxicos, matando as células vivas. Isso inibe sua utilização para a observação de amostras biológicas.
Espelho de prata
O novo método utiliza um espelho, colocado por baixo da amostra, que reflete a luz de um feixe de laser infravermelho.
A luz do laser excita as nanopartículas de prata do espelho, criando fontes de plasmons que funcionam como se fossem faróis, disparando feixes altamente focalizados de luz branca através da amostra que está sendo analisada.
O microscópio capta a luz transmitida através da amostra. Como a fonte de luz é conhecida com precisão, os cientistas podem obter informações detalhadas sobre o interior do material biológico por meio da análise do espectro que consegue atravessar a substância.
O método também poderá ser utilizado para detectar fadigas em materiais como as fibras de carbono, utilizadas na construção da fuselagem dos aviões mais modernos, assim como em qualquer outro material amorfo.
Bibliografia:
Toward Subdiffraction Transmission Microscopy of Diffuse Materials with Silver Nanoparticle White-Light BeaconsDebansu Chaudhuri, Jeremy W. Galusha, Manfred J. Walter, Nicholas J. Borys, Michael H. Bartl, John M. LuptonNano LettersVol.: 9 (3), pp 952-956DOI: 10.1021/nl802819n
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Besouro brasileiro tem a chave para computadores ópticos do futuro
Computadores ópticos ultra-rápidos têm sido um sonho dos cientistas há muito tempo. Mas eles não têm tido sucesso até agora principalmente por não serem capazes de fabricar um cristal fotônico ideal, capaz de manipular a luz visível.
Besouro brasileiro
Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, acredita ter encontrado o cristal fotônico ideal já pronto, na natureza. Mais especificamente, na carapaça de um besouro brasileiro, o Lamprocyphus augustus.
"Parece que uma criatura tão simples quanto um besouro nos forneceu uma das estruturas mais sonhadas pela tecnologia para a construção da próxima geração de computadores," afirma o professor Michael Bartl. "A natureza tem formas simples de construir estruturas e materiais que ainda não podem ser fabricados com nossas estratégias de engenharia e nem com nossos instrumentos de milhões de dólares."
Cristal sintéticoOutro fato interessante da pesquisa é que, apesar do Lamprocyphus augustus só ocorrer no Brasil, os cientistas não tiveram que vir aqui coletar um exemplar: eles o encomendaram de um vendedor de insetos da Bélgica, que aceita encomendas pela Internet.
Agora que encontraram o cristal ideal, além de ter certeza de que ele é viável na prática, os cientistas terão que desenvolver formas de fabricá-lo de forma sintética.
Cristal fotônicoOs cristais fotônicos são essenciais para a construção de circuitos eletrônicos que manipulem os dados por meio de fótons (luz), em vez de elétrons (cargas elétricas). A luz já é largamente utilizada para a transmissão de dados por meio das fibras ópticas, mas os dados têm que ser convertidos de volta em elétrons para que sejam processados pelos computadores.
Os cristais fotônicos também são tidos como promissores para amplificar a luz, tornando as células solares mais eficientes, e para criar lasers microscópicos, para servirem como fontes de luz em chips ópticos.
Manipulando a luzLuz de diferentes cores (diferentes comprimentos de ondas) passam pelos cristais fotônicos a diferentes velocidades, enquanto alguns comprimentos de onda são simplesmente refletidos, para os quais o cristal funciona como um espelho. "Cristais fotônicos são um novo tipo de material óptico que manipula a luz de forma não-clássica," diz Bartl.
Estrutura atômica do diamanteO cristal fotônico ideal - chamado de cristal campeão - foi descrito teoricamente pela primeira vez em 1990. Os cientistas mostraram que um cristal fotônico ótimo - capaz de manipular a luz da forma mais eficiente possível - deveria ter a mesma estrutura cristalina que os átomos de carbono têm no diamante. O diamante, contudo, não pode ser usado como cristal fotônico porque seus átomos ficam agrupados de forma muito densa para permitir a manipulação da luz visível.
Quando feita com o material adequado, a estrutura atômica do diamante cria um grande bandgap fotônico, o que significa que a estrutura cristalina impede a propagação da luz de uma determinada faixa de comprimentos de onda. Esses materiais são necessários para que os circuitos ópticos possam lidar com a luz visível.
Escamas campeãs
Os pesquisadores descobriram que a cor verde do Lamprocyphus augustus é produzida por suas escamas, e não por pigmentos. A luz verde - que tem comprimentos de onda entre 500 e 550 nanômetros - não pode penetrar na estrutura cristalina das escamas, que agem como espelho para essa cor específica, exatamente como se espera de um cristal fotônico.
As escamas de besouro são feitas de quitina, a base do exoesqueleto da maioria dos insetos. Cada escama mede 200 micrômetros de comprimento por 100 micrômetros de largura.
Ao analisá-las utilizando diversas técnicas, os cientistas descobriram que estas escamas têm exatamente a estrutura atômica do cristal campeão.
As escamas do besouro não podem ser utilizadas diretamente em aplicações tecnológicas porque elas têm uma composição parecida com nossas unhas, não sendo estáveis o suficiente para usos duradouros, não são semicondutoras e não conseguem curvar a luz de forma adequada.
link desta notíciaUniversity of UtahPhysical Review E____________________________________________________________________