Medição recorde pode redefinir os parâmetros conceituais de temperatura

Temperatura padrão

Acaba de ser realizada a medição mais precisa já feita da constante de Boltzmann. Este valor pode mudar a forma como definimos temperatura, substituindo o método padrão que tem sido usado há mais de 50 anos. A constante de Boltzmann estabelece a quantidade de energia ao nível das partículas individuais que corresponde a cada grau de temperatura.

O ressonador acústico, formado por dois hemisférios de cobre e cheio de argônio, está ajudando a redefinir o kelvin em termos da constante de Boltzmann.[Imagem: NPL]

Atualmente, o Sistema Internacional de Unidades (SI) define a unidade de temperatura – a temperatura Kelvin, o grau Celsius etc. – usando a temperatura do ponto triplo da água, o ponto no qual a água no estado líquido, como gelo sólido e o vapor de água todos podem existir em equilíbrio. Esta “temperatura padrão” foi definida exatamente como 273,16 K.

Todas as medições de temperatura que fazemos, da febre das crianças àquela necessária para conduzir reações químicas na indústria, são uma avaliação de quanto mais quente ou mais frio um objeto está quando comparado a este valor.

Nova definição de temperatura

Conforme se tornou necessária uma precisão crescente na medição da temperatura através de uma ampla gama de disciplinas, fixar uma única temperatura como um padrão tem-se tornado cada vez mais problemático, especialmente quando se trata da medição de temperaturas extremamente quentes ou extremamente frias. A solução é redefinir o Kelvin usando uma constante fixa da natureza. A sugestão atualmente mais aceita consiste em utilizar a constante de Boltzmann.

“É fascinante que os seres humanos descobriram um jeito de medir a temperatura muito antes de sabermos o que realmente é a temperatura,” comentou Michael de Podesta, do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido, onde se realizou a nova medição da constante de Boltzmann.

“Agora nós entendemos que a temperatura de um objeto está relacionada com a energia de movimento de seus átomos e moléculas constituintes. Quando você toca um objeto e ele lhe parece ‘quente’ você está literalmente sentindo o ‘zumbido’ das vibrações atômicas. A nova definição liga diretamente a unidade de temperatura a esta realidade física básica,” explica ele.

Constante de Boltzman

Podesta e seus colegas usaram uma técnica chamada termometria acústica para fazer a medição. Eles construíram um ressonador acústico e fizeram medições surpreendentemente precisas da velocidade do som no gás argônio. As medições permitiram calcular a velocidade média das moléculas de argônio e, consequentemente, o valor médio da energia cinética que elas tinham. A partir daí, eles calcularam a constante de Boltzmann com uma precisão extremamente elevada. O resultado da medição foi de 1,380.651.56 (98) × 10²³ joules por kelvin. O “(98)” mostra a incerteza dos últimos dois dígitos, o que equivale a 0,7 parte por milhão – quase a metade da incerteza anterior. Além da redefinição da temperatura, estão atualmente em andamento esforços para redefinir outras constantes em termos de constantes fundamentais da natureza:

• Rumo a um quilograma que não muda com o tempo
• Bomba de elétron único redefine corrente elétricaVisualizar
• Relógio atômico a laser pode redefinir o tempo
• Constantes fundamentais da natureza estão prestes a mudar

Bibliografia:
A low-uncertainty measurement of the Boltzmann constant
Michael de Podesta, Robin Underwood, Gavin Sutton, Paul Morantz, Peter Harris, Darren F Mark, Finlay M Stuart, Gergely Vargha, Graham Machin
Metrologia
Vol.: 50 354

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Abraços

Dakir Larara

Seta do tempo é confirmada – Universo não dá marcha-a-ré!!!

O tempo não pára, apesar de que muitos gostariam, realmente, que ele retornasse, pelo menos no que se refere ao desgaste da nossa “máquina” corporal, por exemplo. Embora há milênios os filósofos se perguntem por que o tempo não anda para trás, as leis conhecidas da física são perfeitamente simétricas com relação ao tempo, ou seja, não haveria algo como uma seta do tempo.

Desta forma, para a física moderna, os processos físicos poderiam ser “rebobinados” no tempo e continuariam fazendo sentido – as leis matemáticas da física funcionam tão bem para os eventos seguindo seu curso inexorável para o futuro quanto retornando para o passado.

Agora, porém, foi realizada a primeira verificação experimental direta de uma exceção a essa simetria do tempo. Medindo o decaimento de partículas subatômicas chamadas mésons B, cientistas do Projeto BaBar descobriram a primeira evidência de que, mesmo no nível microscópico, o tempo flui em uma direção preferencial.

Um “méson B vermelho” se transforma em um “méson B azul”: os dados indicam que o a transformação de vermelho em azul ocorre em um ritmo diferente da transformação de azul em vermelho.[Imagem: Greg Stewart/SLAC]

“A análise experimental nos permitiu observar de forma direta e inequívoca a natureza assimétrica do tempo.”,  disse Fernando Martínez-Vidal, da Universidade de Valência, na Espanha, coordenador do experimento.

Universo não dá marcha-a-ré

Analisando 10 anos de dados que registraram bilhões de colisões de partículas, os pesquisadores descobriram que determinados tipos de partículas decaem muito mais frequentemente de uma forma que de outra, algo não suportado pela teoria. Os resultados atingiram uma significância de 14 sigmas – bastam 5 sigmas para determinar uma descoberta em física.

A Colaboração Babar trabalha com dados do acelerador SLAC, da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, e seu objetivo é descobrir diferenças sutis entre o comportamento da matéria e da antimatéria, alguma pista que pudesse ajudar a explicar a preponderância da matéria no universo.

O experimento produziu quase 500 milhões de pares de partículas chamadas mésons B e os seus homólogos de antimatéria mésons B-bar. Os dados revelaram que os mésons B e os mésons B-bar de fato se comportam de formas diferentes, formas que violem a chamada simetria CP (Carga-Paridade), que incorpora as simetrias de carga (positivo versus negativo) e paridade (algo como uma realidade e esta mesma realidade no espelho).

O decaimento das partículas é diferente nos dois casos, o que fornece a primeira evidência experimental direta da violação da simetria de reversão do tempo.

Simetria CPT

Em sua versão mais ampla, a simetria CPT (Carga-Paridade-Tempo) era a hipótese, agora derrubada, de que as interações físicas não se alteram se você inverter a carga de todas as partículas, mudar sua paridade – isto é, inverter suas coordenadas no espaço e, com isso, reverter o tempo.

A simetria CPT (carga-paridade-tempo) era a hipótese, agora derrubada, de que as interações físicas não se alteram se você inverter a carga de todas as partículas, mudar sua paridade – isto é, inverter suas coordenadas no espaço – e reverter o tempo. [Imagem: APS/Alan Stonebraker]

“A quebra da simetria temporal, ou simetria T na física de partículas, está relacionada com a assimetria CP entre matéria e antimatéria, necessária para gerar o universo atual de matéria em algum momento de sua história,” explica José Bernabéu, membro da equipe.

A simetria C propõe que, sabendo-se que a cada partícula na natureza corresponde uma antipartícula com carga oposta, as leis da física seriam as mesmas ao substituir as partículas de carga positiva pelas partículas de carga negativa. Já a simetria P indica que as leis da física permaneceriam inalteradas em um espelho, ou seja, o universo se comportaria como sua imagem invertida. Estas duas simetrias combinadas originam a simetria Carga-Paridade, ou simetria CP.

Experimentos anteriores com partículas chamadas mésons B e K já haviam observado que a simetria CP não se sustentava. Assim, o teorema CPT afirma que, para qualquer sistema de partículas, as simetrias devem permanecer equilibradas. O que significa que, se a simetria CP não for cumprida, a simetria T também deve falhar.

Foi exatamente isto que os cientistas acabam de registrar em seus resultados: há 1 chance em 10⁴³  de que seus dados produzidos sejam devidos ao acaso. Traduzindo para um bom português: o tempo não pára, só avança e não retorna!! Parar o tempo só nos quadrinhos e em séries de ficção científica.

Fonte: inovacaotecnologica.com.br

Abraços

Dakir Larara

Lado escuro do Universo é posto em dúvida por astrônomos

Astrônomos da Universidade de Durham, no Reino Unido, afirmaram que todo o conhecimento atual sobre a composição do Universo pode estar errado. Utane Sawangwit e Tom Shanks estudaram os resultados das observações do telescópio espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) e afirmam que os erros em seus dados parecem ser muito maiores do que se acreditava anteriormente.

As fontes de rádio usadas para medir o efeito de suavização dos dados do telescópio WMAP estão assinalados no mapa da radiação cósmica de fundo (círculos abertos). [Imagem: NASA/WMAP/Durham University]

Lado escuro do Universo

A sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) foi lançada em 2001 para medir a radiação cósmica de fundo (CMB: Cosmic Microwave Background), o calor residual do Big Bang que preenche o Universo e aparece ao longo de todo o céu. Há poucas semanas a sonda terminou o mapeamento do Universo primitivo, embora ainda sejam necessários meses para que esses dados sejam totalmente processados.

Acredita-se que a dimensão angular das ondulações verificadas na CMB esteja ligada à composição do Universo. As observações do WMAP mostram que as ondulações têm aproximadamente duas vezes o tamanho da Lua cheia, ou cerca de um grau de diâmetro. Com estes resultados, os cientistas concluíram que o cosmos é composto de 4% de matéria “normal”, 22% de matéria escura ou matéria invisível e 74% de energia escura. O debate sobre a exata natureza desse “lado negro” do Universo – a matéria escura e a energia escura – continua intenso até hoje.

Radiação cósmica de fundo

Sawangwit e Shanks usaram objetos astronômicos que aparecem como pontos não identificados nos radiotelescópios para testar a forma como o telescópio WMAP “suaviza” os dados para formar seus mapas. Eles descobriram que essa “suavização” é muito maior do que se acreditava anteriormente, sugerindo que a medição do tamanho das ondulações da radiação de fundo residual não é tão rigorosa como se pensava. Caso sejar verdade, isso significaria que as ondulações são na verdade muito menores, o que poderia implicar que a matéria escura e a energia escura podem nem mesmo existir.

“As observações da CMB representam uma ferramenta poderosa para a cosmologia, e é vital checar [os dados]. Se nossos resultados se confirmarem, então será menos provável que partículas exóticas de energia escura e de matéria escura dominem o Universo. Assim, os indícios de que o Universo possui um ‘lado negro’ se enfraquecerão,” diz o professor Shanks.

Expansão do Universo

Em caso da energia escura de fato existir, então, em última instância, ela faz com que a expansão do Universo se acelere. Em sua jornada a partir da CMB até os sensores dos telescópios como o WMAP, os fótons – as partículas básicas da radiação eletromagnética, incluindo a luz e as ondas de rádio – viajam através de gigantescos superaglomerados de galáxias.

Este é o efeito dos superaglomerados de galáxias sobre os fótons da radiação cósmica de fundo (CMB). [Imagem: IOP/Physicsworld]

Normalmente, um fóton CMB sofre um decaimento para o azul – seus picos caminham em direção à extremidade azul do espectro – quando ele entra no superaglomerado de galáxias. E, quando ele sai do superaglomerado, ele tende novamente para o vermelho. Desta forma, os dois efeitos se anulam durante a travessia completa.

No entanto, se os superaglomerados de galáxias estiverem se acelerando uns em relação aos outros – por efeito da matéria escura – esse cancelamento não é exato, e os fótons ficam ligeiramente deslocados para o azul. Com isto, a radiação de fundo deve mostrar temperaturas ligeiramente mais altas onde os fótons atravessaram superaglomerados de galáxias.

Entretanto, novos resultados obtidos com o Sloan Digital Sky Survey, que já pesquisou mais de um milhão de galáxias vermelhas, sugerem que esse efeito não existe, mais uma vez ameaçando o modelo padrão do Universo e ameaçando dispensar a matéria e a energia escuras – esses dados do Sloan recentemente validaram a teoria da relatividade em escala cósmica.

Partículas exóticas

Se o Universo realmente não tiver um “lado negro”, na verdade isso poderá representar um alívio para muito físicos teóricos, que se sentem desconfortáveis com o fato de não se haver sido ainda detectado qualquer sinal das partículas exóticas que comporiam a matéria escura e a energia escura. Mas, conforme os próprios autores declaram, mais medições precisam ser feitas antes de qualquer declaração categórica a favor ou contra o modelo do Universo mais aceito atualmente.

“Se nossos resultados se repetirem em novos levantamentos de galáxias no hemisfério Sul, então isso vai significar problemas reais para a existência da energia escura,” diz Sawangwit.

O modelo cosmológico padrão prevê que o Universo é dominado por 74% de energia escura e 22% de matéria escura. Os restantes 4% são os átomos da matéria ordinária de que tudo o que conhecemos é feito. Assim, nesse modelo, 96% do Universo é escuro e seria mais razoável falar de um “lado claro do Universo”. [Imagem: NASA/WMAP]

O telescópio espacial Planck, da Agência Espacial Europeia, está coletando mais dados sobre a radiação cósmica de fundo e poderá ajudar a indicar se há ou não um lado escuro no Universo. Em 2005, um grupo de físicos propôs um novo modelo do Universo, que explicaria a expansão da aceleração do Universo pela própria gravidade – veja Alterações na Lei da Gravidade, e não a energia escura, causam a aceleração do universo. Em apoio à teoria atual, outra equipe afirmou já ter encontrado indícios independentes da existência da energia escura – veja Descoberta primeira evidência da existência da Energia Escura.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br