Essa imagem mostra uma bizarra partícula que é sua própria antipartícula

Uma equipe de físicos da Universidade de Illinois (EUA) e da Universidade de Hamburgo (Alemanha) fez uma imagem de uma quase-partícula chamada férmion de Majorana.
Uma quase-partícula é também a sua própria antipartícula. O férmion leva esse nome em homenagem ao físico italiano Ettore Majorana, o primeiro a propô-lo.
Essa não é a primeira vez que um férmion de Majorana é fotografado, mas o estudo representa um avanço para a física de partículas.
Ser capaz de visualizar bem essa quase-partícula deixa os cientistas mais próximos de poderem usá-las como qubits.
Partículas que agem como suas próprias antipartículas têm um grande potencial para serem usadas como qubits, os bits que são a unidade básica da computação quântica. Enquanto bits tradicionais representam 1 ou 0, qubits podem 1, 0 ou ambos ao mesmo tempo.
Essa “superposição quântica” não é exatamente fácil de se manter, mas os cientistas estão ficando melhores nisso.
É aqui que entra o férmion de Majorana. Essas quase-partículas possuem uma série de propriedades que a tornam excelentes candidatas para qubits.
Normalmente, uma partícula e sua antipartícula se aniquilam, mas não isso não acontece com férmions de Majorana superpostos. Além disso, os férmions são capazes de “se lembrar” de seus movimentos, o que os tornam bons para armazenar informações.
Para fazer uma boa imagem destes férmions, os pesquisadores começaram com um supercondutor de rênio, um material que conduz eletricidade com resistência zero quando resfriado a aproximadamente menos 267 graus Celsius.
Em seguida, depositaram camadas de átomos de ferro magnéticos para criar o que é chamado de supercondutor topológico, um supercondutor que possui um “nó topológico”, semelhante ao buraco de uma rosquinha.
A equipe previu que, quando elétrons fluíssem pelo supercondutor, os férmions de Majorana pareceriam unidimensionais nas bordas do ferro magnético, em volta do “buraco da rosquinha”.
Usando um microscópio de tunelamento com varredura, capaz de fazer imagens a níveis atômicos, isso seria visto como uma linha brilhante – o que de fato aconteceu.
“O próximo passo será descobrir como podemos aplicar engenharia quântica a esses qubits de férmions de Majorana em chips quânticos e manipulá-los para obter um aumento exponencial em nosso poder de computação”, explicou um dos autores do estudo, o físico Dirk Morr da Universidade de Illinois.

Créditos: Hypescience

Ferrugem e água salgada geram eletricidade limpa e constante

Há muitas maneiras de gerar eletricidade - baterias, painéis solares, turbinas eólicas e hidrelétricas, apenas para citar algumas.
Mas com este novo competidor poucos contavam: a ferrugem.
Pesquisadores das universidades de Tecnologia da Califórnia e Noroeste, ambas nos EUA, descobriram que filmes finos de ferrugem - óxido de ferro - podem gerar eletricidade quando se despeja água salgada sobre sua superfície.
Esses filmes representam uma maneira inteiramente nova de gerar eletricidade e, embora o fenômeno tenha sido demonstrado em uma escala muito pequena por enquanto, abrem a perspectiva do desenvolvimento de novas formas de produção de energia sustentável.
Interações entre compostos metálicos e água salgada geralmente geram eletricidade, mas isso é resultado de uma reação química, na qual um ou mais compostos são convertidos em novos compostos - são essas reações que tipicamente acontecem dentro das baterias.
Em contraste, o fenômeno agora descoberto por Mavis Boamah e seus colegas não envolve reações químicas. Em vez disso, é a energia cinética da água salgada que é convertida em eletricidade.
O mecanismo por trás da geração de eletricidade é complexo, envolvendo adsorção e dessorção de íons, mas essencialmente funciona assim: os íons presentes na água salgada atraem elétrons no ferro que está sob a camada superficial de ferrugem. À medida que a água salgada flui, os íons também fluem, e, através dessa força atrativa, eles arrastam os elétrons no ferro junto com eles, gerando uma corrente elétrica.
O fenômeno, chamado efeito eletrocinético, já havia sido observado em filmes finos de grafeno - folhas de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal - e é extraordinariamente eficiente, cerca de 30% de eficiência na conversão da energia cinética em eletricidade - como comparação, os melhores painéis solares têm cerca de 20% de eficiência.
No entanto, é difícil fabricar filmes de grafeno, e mais ainda em tamanhos práticos para uso em larga escala. Já os filmes de óxido de ferro são relativamente fáceis de produzir e escalonáveis para tamanhos maiores.
Para esta demonstração inicial, a equipe produziu camadas de ferrugem de 10 nanômetros de espessura sobre uma barra de ferro usando a técnica de deposição de vapor químico.
Quando a água salgada, de concentrações variadas, foi derramada sobre a placa enferrujada, a eletricidade atingiu várias dezenas de milivolts e vários microamperes por centímetro quadrado.
"Para uma perspectiva, placas com uma área de 10 metros quadrados gerariam cada uma alguns quilowatts por hora - o suficiente para uma casa padrão nos EUA. É claro que aplicações menos exigentes, incluindo dispositivos de baixa potência em locais remotos, são mais promissoras no curto prazo," disse o professor Thomas Miller.
A exploração do efeito eletrocinético também poderá ser útil em cenários específicos onde soluções salinas estão em movimento - no oceano e no corpo humano são dois bons exemplos.
"Por exemplo, energia das marés, ou coisas flutuando no oceano, como boias, poderiam ser usadas para conversão de energia elétrica passiva," diz Miller. "Você tem água salgada fluindo em suas veias em pulsos periódicos. Isso poderia ser usado para gerar eletricidade para alimentar implantes."

Créditos: Inovação Tecnológica

Lâmpada catodoluminescente: Uma nova revolução na iluminação?

Engenheiros russos apresentaram um protótipo de lâmpada catodoluminescente para iluminação geral.
A nova lâmpada, que se baseia no fenômeno de emissão de campo, é mais confiável, mais durável e mais luminosa do que todos os protótipos anteriores - há equipes trabalhando nesses projetos há décadas.
As lâmpadas de LED se tornaram comuns rapidamente, mas elas não são a única alternativa limpa e econômica para as lâmpadas fluorescentes - e seu mercúrio - e para as lâmpadas incandescentes - e seu alto consumo de eletricidade. Desde a década de 1980, engenheiros de todo o mundo têm trabalhado nas lâmpadas catodoluminescentes como outra opção para fins de iluminação geral.
Uma lâmpada deste tipo baseia-se no mesmo princípio que alimentou as antigas TVs de tubos de raios catódicos: um eletrodo carregado negativamente, ou catodo, em uma extremidade de um tubo de vácuo, funciona como um canhão de elétrons. Uma diferença de potencial de até 10 kilovolts acelera os elétrons emitidos em direção a um eletrodo revestido de fósforo carregado positivamente - o anodo - na extremidade oposta do tubo. Este bombardeamento de elétrons resulta em luz.
As lâmpadas catodoluminescentes têm a vantagem de poder emitir luz em quase qualquer comprimento de onda, do vermelho ao ultravioleta, dependendo de qual material fluorescente é usado. Lâmpadas catodoluminescentes ultravioletas, por exemplo, não contêm mercúrio, o que seria um desenvolvimento particularmente oportuno considerando a recente proibição de eletrodomésticos usando mercúrio sob a Convenção de Minamata, um tratado das Nações Unidas assinado por 128 países.
Outra vantagem importante da nova lâmpada em relação aos LEDs e lâmpadas fluorescentes é que ela não depende das chamadas matérias-primas críticas, incluindo gálio, o índio e alguns elementos de terras raras.
Já foram feitas tentativas de produção de lâmpadas catodoluminescentes em escala industrial nos Estados Unidos, mas os consumidores não gostaram principalmente porque as lâmpadas eram volumosas e demoravam vários segundos para aquecer o catodo até a temperatura de operação e começar a brilhar - era por isso que os televisores antigos demoravam para começar a mostrar as imagens.
Mas alguns catodos não necessitam de aquecimento. Eles são conhecidos como catodos de emissão de campo, porque dependem do fenômeno de emissão de campo, que envolve elétrons emitidos a partir de um catodo frio sob ação apenas de um campo eletrostático, graças ao fenômeno quântico do tunelamento.
O protótipo russo apresentado agora marca a primeira tentativa bem-sucedida de projetar um catodo desse tipo que é eficiente, com vida útil longa, que pode ser produzido em massa e vendido a um preço acessível.
"Nosso catodo de emissão de campo é feito de carbono comum," conta o professor Evgenii Sheshin, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou. "Mas esse carbono não é usado apenas como um produto químico, mas também como uma estrutura. Descobrimos uma maneira de moldar uma estrutura a partir de fibras de carbono que é resistente ao bombardeio de íons, produz uma corrente de alta emissão e é tecnologicamente adequada à produção [industrial]. Esta tecnologia é know-how nosso, ninguém mais no mundo tem."
Submetendo o carbono a um tratamento especial, são criadas inúmeras protuberâncias submicrométricas - com menos de um milionésimo de metro - na ponta do catodo. Isso resulta em um campo elétrico muito alto, expulsando os elétrons da extremidade rumo ao vácuo.
A equipe também desenvolveu uma fonte de energia compacta para sua lâmpada catodoluminescente, que fornece os milhares de volts suficientes para uma emissão de elétrons de campo bem-sucedida. A fonte é montada em torno da lâmpada de vidro, com um impacto mínimo em seu tamanho.
A equipe calcula que, se for produzida em massa, a lâmpada catodoluminescente poderia competir com as lâmpadas baratas baseadas em diodos emissores de luz (LEDs). A nova lâmpada também ajudaria a eliminar as lâmpadas fluorescentes, que contêm mercúrio e que ainda são usadas em áreas domésticas em todo o mundo.
"Ao contrário da lâmpada LED, nossa lâmpada não tem medo de temperaturas elevadas. Você pode usá-la onde os diodos esmaecem rapidamente, como em holofotes de teto, onde não se obtém um resfriamento adequado," disse Dmitry Ozol, membro da equipe.
Agora é esperar que a equipe consiga convencer a indústria a apostar em sua inovação para que comecemos novamente a trocar as lâmpadas de nossas casas.

Créditos: Inovação Tecnológica

Sucesso! A vela do LightSail usou apenas energia dos raios de sol para orbitar Terra

É oficial: a sonda LightSail 2, da organização espacial sem fins lucrativos Sociedade Planetária (The Planetary Society) tornou-se a primeira a orbitar a Terra usando somente energia da luz do sol.
“Ficamos muito felizes em anunciar o sucesso da missão da LightSail 2”, disse Bruce Betts, gerente do projeto e cientista-chefe da Sociedade Planetária. “Nosso critério era demonstrar a navegação solar controlada em um CubeSat, alterando a órbita da espaçonave usando apenas a pressão da luz do sol, algo que nunca foi feito antes”.
Levaram dez anos e sete milhões de dólares em financiamento para o LightSail 2 se tornar realidade.
Lançada há quase um mês, a sonda abriu suas velas solares com sucesso semana passada e, desde então, subiu sua órbita em 1,7 quilômetros impulsionada apenas pelos fótons do sol que se refletem nelas.
Segundo Dave Spencer, um dos cientistas da missão, a LightSail 2 é controlada autonomamente por um algoritmo a bordo da sonda. Ela pode mudar de ângulo em 90 graus a cada 50 minutos, o que permite que receba energia suficiente do sol não importa em qual direção esteja.
Avanços
A LightSail não é exatamente a primeira espaçonave a ser propulsionada por energia solar – este feito cabe à sonda japonesa IKAROS, lançada em 2010.
No entanto, ela é a primeira a ser capaz de se direcionar e levantar órbita usando suas velas solares. Em comparação, a IKAROS era bem mais limitada – só podia mudar de ângulo em quatro ou cinco graus.
É claro, a LightSail ainda pode melhorar. Seu algoritmo continua sendo atualizado. Um dos desafios dos cientistas da missão, por exemplo, era refinar o momentum da sonda, controlado por uma roda.
Esta roda é usada para alterar a orientação da sonda e acelera algumas vezes por dia. Quando isso acontece, precisa ser desacelerada, o que é feito com hastes de torque eletromagnético. Em um loop dramático, isso tira temporariamente a espaçonave de sua orientação correta. Logo, os cientistas estão tentando corrigir este processo e acabaram de baixar uma atualização no software da sonda com este propósito.
Aplicações
Por enquanto, não há como prever com exatidão quão longe a sonda ainda pode aumentar sua órbita. A densidade atmosférica nessas altitudes é muito variável e os pesquisadores da missão não sabem dizer em que ponto o arrasto atmosférico vai “vencer” a capacidade da sonda de continuar orbitando.
“Estamos aprendendo muito com a LightSail 2 agora. Embora tenhamos declarado o sucesso da missão, a LightSail 2 voará por quase mais um ano e vamos para aprender muito sobre o controle da espaçonave e o desempenho das velas nos próximos meses”, explicou Bill Nye, CEO da Sociedade Planetária, em uma coletiva de imprensa.
As lições da LightSail terão um valor científico enorme. Isso porque, devido as excelentes vantagens da tecnologia – sem a necessidade de combustível, corta-se também a necessidade de sistemas para controlar, armazenar e gerenciar esse combustível -, suas aplicações são inúmeras.
Por exemplo, sondas solares podem ser usadas na busca por vida alienígena, para monitorar o clima do sol e até como sistema de alerta para possíveis impactos com asteroides.
“Esta tecnologia nos permite levar as coisas para destinos extraordinários no sistema solar e talvez até além, de uma maneira que nunca foi possível antes”, complementou Nye.
A NASA também tem uma missão que leva energia solar planejada para lançamento em 2020: a “Near-Earth Asteroid Scout”, que deve usar uma vela solar e um 6U CubeSat para coletar dados sobre asteroides próximos à Terra.
O CubeSat é uma sonda muito pequena. No passado, a energia solar era almejada para espaçonaves maiores, mas Nye crê que seu potencial mais interessante é justamente fazer parte de uma “revolução” para impulsionar minúsculos robôs espaço afora.

Créditos: Hypescience