Qual Estado Físico do Buraco Negro?

Question

sim, ele é uma matéria altamente densa e volumetricamente pequena demais, exerce um gravidade e uma pressão, mais apesar de tudo ele naum é sólido como os planetas ou gasoso como as estrelas, seria o 4° estágio da matéria, se não, o q ele é?

Answer 1

Um buraco negro é uma singularidade e além do seu horizonte de eventos as leis da nossa física não funcionam.
Não podemos definir o estado de algo que não obedece a estas leis.

Answer 2

Não há estado físico, somente o vácuo, e no vácuo não há matéria, portanto não há moléculas agregadas, e consequentemente não existe estado físico (sólido, líquido, gasoso ou condensado fermiônico.)

Cientistas do Laboratório JILA e da Universidade do Colorado (Estados Unidos) relataram a primeira observação de um novo estado físico da matéria, conhecido como "condensado fermiônico". O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás e era procurado há muito tempo pelos cientistas, que previam a existência desse novo estado da matéria em suas teorias.

Os físicos Deborah S. Jin, Markus Greiner e Cindy Regal, responsáveis pela descoberta, acreditam que, à medida em que as pesquisas avançarem, o condensado fermiônico poderá ajudar a solucionar os mistérios da supercondutividade em alta temperatura, um fenômeno com potencial para revolucionar a geração e transmissão de energia elétrica e toda a indústria eletrônica.

"A força do emparelhamento em nosso condensado fermiônico, ajustado para massa e densidade, corresponderia a um supercondutor a temperatura ambiente," explica a Dr. Jin. "Isso me deixa otimista em que a física fundamental que nós aprendermos por meio do condensado fermiônico irá eventualmente ajudar outros [pesquisadores] a projetar materiais supercondutores mais práticos."

Esta nova descoberta complementa a descoberta do condensado de Bose-Einstein, que rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2.001 aos Drs. Eric Cornell e Carl Wieman. O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. Os condensados de Bose-Einstein são feitos de bósons, uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas.

Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Conseqüentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo.

Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.

A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135º C.

Na experiência que os cientistas agora fizeram, um gás com 500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência. A equipe da Dra. Jin detectou o emparelhamento e verificou a formação do condensado fermiônico pela primeira vez no dia 16 de Dezembro do ano passado. Apesar da divulgação pela Internet, o trabalho ainda não foi publicado em um periódico científico revisado por outros cientistas.

Cientistas do Laboratório JILA e da Universidade do Colorado (Estados Unidos) relataram a primeira observação de um novo estado físico da matéria, conhecido como "condensado fermiônico". O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás e era procurado há muito tempo pelos cientistas, que previam a existência desse novo estado da matéria em suas teorias.

Os físicos Deborah S. Jin, Markus Greiner e Cindy Regal, responsáveis pela descoberta, acreditam que, à medida em que as pesquisas avançarem, o condensado fermiônico poderá ajudar a solucionar os mistérios da supercondutividade em alta temperatura, um fenômeno com potencial para revolucionar a geração e transmissão de energia elétrica e toda a indústria eletrônica.

"A força do emparelhamento em nosso condensado fermiônico, ajustado para massa e densidade, corresponderia a um supercondutor a temperatura ambiente," explica a Dr. Jin. "Isso me deixa otimista em que a física fundamental que nós aprendermos por meio do condensado fermiônico irá eventualmente ajudar outros [pesquisadores] a projetar materiais supercondutores mais práticos."

Esta nova descoberta complementa a descoberta do condensado de Bose-Einstein, que rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2.001 aos Drs. Eric Cornell e Carl Wieman. O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. Os condensados de Bose-Einstein são feitos de bósons, uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas.

Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Conseqüentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo.

Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.

A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135º C.

Na experiência que os cientistas agora fizeram, um gás com 500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência. A equipe da Dra. Jin detectou o emparelhamento e verificou a formação do condensado fermiônico pela primeira vez no dia 16 de Dezembro do ano passado. Apesar da divulgação pela Internet, o trabalho ainda não foi publicado em um periódico científico revisado por outros cientistas.



Cientistas do Laboratório JILA e da Universidade do Colorado (Estados Unidos) relataram a primeira observação de um novo estado físico da matéria, conhecido como "condensado fermiônico". O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás e era procurado há muito tempo pelos cientistas, que previam a existência desse novo estado da matéria em suas teorias.

Os físicos Deborah S. Jin, Markus Greiner e Cindy Regal, responsáveis pela descoberta, acreditam que, à medida em que as pesquisas avançarem, o condensado fermiônico poderá ajudar a solucionar os mistérios da supercondutividade em alta temperatura, um fenômeno com potencial para revolucionar a geração e transmissão de energia elétrica e toda a indústria eletrônica.

"A força do emparelhamento em nosso condensado fermiônico, ajustado para massa e densidade, corresponderia a um supercondutor a temperatura ambiente," explica a Dr. Jin. "Isso me deixa otimista em que a física fundamental que nós aprendermos por meio do condensado fermiônico irá eventualmente ajudar outros [pesquisadores] a projetar materiais supercondutores mais práticos."

Esta nova descoberta complementa a descoberta do condensado de Bose-Einstein, que rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2.001 aos Drs. Eric Cornell e Carl Wieman. O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. Os condensados de Bose-Einstein são feitos de bósons, uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas.

Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Conseqüentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo.

Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.

A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135º C.

Na experiência que os cientistas agora fizeram, um gás com 500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência. A equipe da Dra. Jin detectou o emparelhamento e verificou a formação do condensado fermiônico pela primeira vez no dia 16 de Dezembro do ano passado. Apesar da divulgação pela Internet, o trabalho ainda não foi publicado em um periódico científico revisado por outros cientistas.

Cientistas do Laboratório JILA e da Universidade do Colorado (Estados Unidos) relataram a primeira observação de um novo estado físico da matéria, conhecido como "condensado fermiônico". O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás e era procurado há muito tempo pelos cientistas, que previam a existência desse novo estado da matéria em suas teorias.

Os físicos Deborah S. Jin, Markus Greiner e Cindy Regal, responsáveis pela descoberta, acreditam que, à medida em que as pesquisas avançarem, o condensado fermiônico poderá ajudar a solucionar os mistérios da supercondutividade em alta temperatura, um fenômeno com potencial para revolucionar a geração e transmissão de energia elétrica e toda a indústria eletrônica.

"A força do emparelhamento em nosso condensado fermiônico, ajustado para massa e densidade, corresponderia a um supercondutor a temperatura ambiente," explica a Dr. Jin. "Isso me deixa otimista em que a física fundamental que nós aprendermos por meio do condensado fermiônico irá eventualmente ajudar outros [pesquisadores] a projetar materiais supercondutores mais práticos."

Esta nova descoberta complementa a descoberta do condensado de Bose-Einstein, que rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2.001 aos Drs. Eric Cornell e Carl Wieman. O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. Os condensados de Bose-Einstein são feitos de bósons, uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas.

Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Conseqüentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo.

Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.

A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135º C.

Na experiência que os cientistas agora fizeram, um gás com 1. CALOR E MUDANÇA DE ESTADO

Toda matéria, dependendo da temperatura, pode se apresentar em três estados: sólido, líquido e gasoso.
As possíveis mudanças de estado, quando uma substância recebe ou cede calor, estão esquematizadas na figura abaixo:













Quando, à pressão constante, uma substância recebe (absorve) calor sensível, sua temperatura aumenta: se o calor é latente, ocorre mudança de estado, mantendo-se a mesma temperatura.
O gráfico ilustra a variação da temperatura de uma substância em função do calor absorvido pela mesma.









IMPORTANTE:

1) O termo sublimação é usado para designar a mudança sólidoÛ gasoso. Alguns autores classificam a passagem sólidoè gasoso como sublimação direta ou 1ª sublimação, e a passagem gasosoè sólido como sublimação inversa ou 2ª sublimação.

Na CNTP o melhor exemplo de sublimação é o da naftalina, que passa do estado sólido diretamente para o gasoso.
2)A mudança líquidoè gasoso, que chamamos vaporização, deve ser subdividida em:

a) Evaporação: é um processo espontâneo e lento, que se verifica a uma temperatura qualquer e depende da área de contato.
Na evaporação, quanto maior a área de contato mais rapidamente se processa a passagem do estado líquido para o gasoso.
b) Ebulição: é um processo que se verifica a uma determinada temperatura (a pressão tem influência sobre a temperatura, veremos posteriormente). Logo é um processo forçado. É mais rápido que a evaporação.
c) Calefação: ocorre quando uma massa de líquido cai sobre uma superfície aquecida a uma temperatura superior a temperatura de ebulição do líquido.
A calefação é um processo quase instantâneo. Ao observarmos gotas d’água caírem sobre uma chapa bem quente, notamos que as gotas vaporizam rapidamente emitindo um chiado característico.

2. CALOR LATENTE

Calor latente de mudança de estado L é a quantidade de calor, por unidade de massa, que é necessário fornecer ou retirar de um dado corpo, a uma certa pressão, para que ocorra a mudança de estado, sem variação de temperatura.

Matematicamente:





Da definição de calor latente resulta sua unidade de medida: cal/g , J/g, KJ/kg, BTU/lb, etc.
A quantidade de calor envolvida na mudança de estado decorre da definição de calor latente.



IMPORTANTE:

À pressão constante, toda substância sofre mudança de estado a uma determinada temperatura.
À pressão constante, durante a mudança de estado a temperatura se mantém constante.
Nas mesmas condições, a quantidade de calor recebida (absorvida) ou cedida (liberada) por uma dada substância, durante a mudança de estado, é, em valor absoluto, igual para a unidade de sua massa.
Exemplo:

calor latente de fusão do gelo: LF = 80cal/g
calor latente de solidificação da água: LS = - 80 cal/g
O sinal (+) refere-se à quantidade de calor recebida (absorvida) pela substância, e o sinal (-) à quantidade de calor cedida (liberada) pela mesma.

3. INFLUÊNCIA DA PRESSÃO

A pressão influi sobre as temperaturas em que ocorrem as mudanças de estado físico.

3.1 INFLUÊNCIA NA FUSÃO

Quase todas as substâncias, ao fundirem, aumentam de volume. No entanto existem algumas exceções, como a água, a prata, o antimônio, o bismuto, que diminuem de volume ao fundirem.

A pressão influencia a temperatura de fusão desses dois grupos de maneira distinta, vejamos.






Tudo o que foi dito sobre a temperatura de fusão também é válido para a temperatura de solidificação.

3.2 INFLUÊNCIA NA EBULIÇÃO

A influência da pressão sobre a ebulição é muito mais simples que sobre a fusão, pois a regra agora é única:


500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência. A equipe da Dra. Jin detectou o emparelhamento e verificou a formação do condensado fermiônico pela primeira vez no dia 16 de Dezembro do ano passado. Apesar da divulgação pela Internet, o trabalho ainda não foi publicado em um periódico científico revisado por outros cientistas.

O Condensado de Bose-Einstein é o quinto estado da matéria, e é obtido quando a temperatura chega a ser tão baixa que as moléculas entram em colapso.

No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de sua partícula. É particularmente estudado nas áreas da estática e da dinâmica.

No estado líquido, o corpo mantém a quantidade de matéria e aproximadamente o volume; a forma e posição relativa da partículas não se mantém. É particularmente estudado nas áreas da hidrostática e da hidrodinâmica.

No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostática e da aerodinâmica.

Plasma (ou quarto estado da matéria) - É sabido que qualquer substância pode existir em três estados: sólido, líquido a gasoso, cujo exemplo clássico é a água que pode ser gelo, líquido a vapor. Todavia há muito poucas substâncias que se encontram nestes estados, que se consideram indiscutíveis a difundidos, mesmo tomando o Universo no seu conjunto. É pouco provável que superem o que em química se considera como restos infinitamente pequenos. Toda a substância restante do universo subsiste no estado denominado plasma.


É possível perceber que a matéria pode existir em três estados físicos diferentes, o sólido, o líquido e o gasoso. É também possível verificar que alguns corpos podem mudar de estado físico, ou seja, deixar de ser sólido e passar para líquido e do líquido passar para o estado gasoso. Um exemplo disso é a água, que pode existir no estado sólido (como gelo), no estado líquido (como água), ou no estado gasoso (como vapor). Sendo assim, estas transformações recebem nomes, tais como:

- fusão para a passagem do sólido para o líquido;

- solidificação para a passagem do estado líquido para o sólido;

- vaporização para a passagem do estado líquido para o gasoso. No entanto, a vaporização pode ser subdividida em:

- ebulição, que é induzida, ou seja, quando se fornece energia a um líquido para ele se transformar no estado gasoso. Exemplo: ferver água em uma panela.

- evaporação, que é a passagem do estado líquido para o gasoso de forma espontânea, ou seja, quando você não induz esta transformação. Um exemplo é uma roupa secando no varal, ou uma poça d’água que evapora pela ação do Sol.

- calefação, que é a passagem do líquido para o gasoso de forma instantânea, ou seja, é uma passagem muito rápida. Um exemplo é quando jogamos gotas d’água em uma panela quente, o que ocorre naquele momento é a calefação.

- Condensação para a passagem do estado gasoso para o líquido. Exemplo é a formação de gotículas na parte de fora de um copo com água gelada. Neste fenômeno o que se observa é que o ar (que contém vapor d’água) próximo da superfície do copo se resfria e o vapor d’água torna-se água líquida na superfície externa do copo. (As gotículas)

- Sublimação para a passagem direta do estado sólido para o gasoso e do gasoso para o sólido. Um exemplo de sublimação é a passagem da naftalina (que é sólida) para o estado gasoso, diretamente sem que passe pelo estado líquido. A naftalina é utilizada para espantar baratas e traças de gavetas e armários. Ela possui um odor característico.

A partir disso, pode-se desenvolver um esquema para facilitar o seu entendimento.










Estas transformações podem, também ser representadas graficamente. Nesta representação, aborda a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição, pois se parte de um sólido e induz ele a passar pelos três estados físicos da matéria, para tal, basta fornecer energia a ele.








Tanto na temperatura de fusão e na temperatura de ebulição, a temperatura permanece constante, ou seja, existem duas fases presentes e a temperatura é constante. Isso para substâncias puras.



Temperatura de fusão: temperatura constante na qual coexistem os estados sólido e líquido em equilíbrio. A temperatura será constante até que existam as duas fases.

Temperatura de ebulição: temperatura constante na qual coexistem os estados líquido e gasoso em equilíbrio. A temperatura será constante até que existam as duas fases.




Nos intervalos entre fusão e ebulição, a temperatura aumenta com o decorrer do tempo e o líquido vai aquecendo até que ele comece a ferver, aí teremos início a ebulição.

A partir deste gráfico também é possível verificar a temperatura de condensação e a temperatura de solidificação que são as mesmas que a temperatura de ebulição e temperatura de fusão, respectivamente.

Cientistas prevêm novo estado da matéria em semicondutores
Da redação
09/01/2007

A matéria convencional existe em três estados bastante familiares: sólido, líquido e gasoso. Mas, sob condições especiais, a teoria quântica prevê estados exóticos da matéria, como os supercondutores, nos quais os elétrons fluem sem resistência ou o condensado de Bose-Einstein, no qual os átomos se movimentam coletivamente, como se fossem um só.

Agora, três físicos da Universidade de Stanford divulgaram uma nova teoria que prevê a existência de um novo estado da matéria que poderá abrir caminho para a fabricação de dispositivos eletrônicos que consomem menos energia e dissipam menos calor.

"Procurar por novos estados da matéria tornou-se o cálice sagrado da física da matéria condensada, da mesma forma que a busca por novos elementos domina a química e a busca por novas partículas subatômicas domina a física das partículas," explica o professor Shoucheng Zhang.

Zhang, juntamente com Taylor Hughes e Andrei Bernevig, propôs a existência de um estado chamado de "spin Hall quântico," que deverá possuir propriedades extraordinárias.

O estado Hall quântico (sem o spin) já é conhecido e pode ser testado empiricamente. Imagine duas folhas de material semicondutor separadas por um gás. Sob determinadas condições, esse "sanduíche" não permitirá que a corrente flua ao longo de toda a superfície das folhas, ficando confinada em suas bordas. Essas condições especiais incluem uma temperatura abaixo de 1 Kelvin e um campo magnético cerca de 10.000 vezes maior do que o campo magnético da Terra.

"Esta propriedade permitiu a extraordinária observação da voltagem Hall quantizada medida na direção perpendicular do fluxo da corrente," explica Zhang. Já na eletrônica convencional a corrente flui na mesma direção que a voltagem aplicada, e a resistência assume valores arbitrários ou não quantizados. Isto significa que haverá uma grande dissipação de energia.

Para se ter uma idéia da importância da observação desse efeito Hall quântico, ele rendeu os prêmios Nobel de 1985 e 1998. Para entender mais, veja Descoberto novo fenômeno físico: o Efeito Spin-Hall.

O que Zhang e seus colegas agora propuseram é que é possível gerar um novo estado - o efeito spin Hall quântico - sem a aplicação do campo magnético externo. Eles previram que empilhando-se e inclinando-se camadas alternadas de telureto de mercúrio e telureto de cádmio criará uma rede cristalina similar à dos semicondutores silício e arseneto de gálio.

Segundo os pesquisadores, controlando-se a espessura dos poços quânticos no telureto de mercúrio, o resultado será uma transição de fase quântica para um novo estado que é distinto daquele dos estados semicondutores tradicionais.

A baixas temperaturas, os semicondutores tornam-se isolantes. Sob condições normais, eles transformam-se em condutores por meio de um processo chamado dopagem, no qual pequenas quantidades de material rico em elétrons ou lacunas são adicionadas ao semicondutor.

Mas a matéria no estado spin Hall quântico poderá conduzir correntes elétricas sem qualquer dopagem. Da mesma forma que no efeito Hall quântico, essa corrente deverá fluir apenas nas bordas da amostra.

Mas há algo mais interessante. Os elétrons que estiverem com seus spins apontados para cima fluirão num sentido, enquanto os elétrons que estiverem com seus spins apontados para baixo fluirão no sentido contrário. Como as impurezas normalmente não alteram a orientação dos spins, elas não conseguem facilmente dirigir os elétrons na direção oposta, o que leva a uma grande dissipação de energia na forma de geração de calor.

Nem bem o artigo foi publicado com a nova teoria e vários grupos já demonstraram interesse em testá-la empiricamente. Embora seu funcionamento deva se dar a temperaturas criogênicas, o novo comportamento eletrônico poderá inspirar os pesquisadores na fabricação de novos componentes que funcionem a temperatura ambiente.

Os Físicos Criam um novo Estado da Matéria






Introdução


A Condensação de Bose-Einstein é um fenômeno no qual os bósons que formam uma substância (um gás de bósons) convergem para o menor estado de energia, em um estado quântico comum.

Os bósons - nome dado à partir de Bose - são quaisquer partículas que possuem spin (I) diferente de 1/2 (esses são os fermions, como o elétron, por exemplo). O núcleo de um átomo possui spin, que é a combinação dos spins de seus prótons e neutrons. Assim, muitos átomos são bosons: exemplos inportantes para o presente ensaio são o 4He (I=0), 7Li (I=3/2), 85Rb (I=5/2) e 23Na (I=3/5).

Uma característica fundamental dos bósons: como eles tem um spin diferente de 1/2, eles não estão sujeitos ao Princípio da Exclusão de Pauli, e portanto, pelos princípios da quântica, podem sim ocuparem o mesmo lugar do espaço uns com os outros. Esse efeito pertinente aos bósons já vem sendo conhecido a muito tempo, em estudos envolvendo hélio líquido (em torno de -270º C)




A característica crucial dos condensados Bose-Einstein é que as muitas partes que compõe o sistema ordenado não só se comportam como um todo, mas se tornam o todo. Suas identidades se fundem, ou se entrelaçam de tal forma a perder completamente a sua individualidade. Uma boa analogia seriam as muitas vozes de um coro, que se fundem para se tornar "uma voz" a certos níveis da harmonia, ou o cindir de muitas cordas de muitos violinos para se tornarem "o som de violinos... (Danah Zohar).





Recentemente, físicos de Boulder, Colorado, EUA, atingiram pela primeira vez uma temperatura muito menor do que havia sido produzida antes, e assim conseguiram criar um novo estado da matéria, algo que havia sido predito pelo cientista indiano Satyendra Nath Bose e cujas idéias haviam sido alicerçadas por Albert Einstein.

Após pelo menos 15 anos de pesquisas internacionais nessa área, a 5 de junho de 1995 Eric Cornell e Carl Wieman resfriaram átomos de rubídio abaixo de 170 bilionésimos de grau acima do zero absoluto, o que causou os átomos a condensarem em um "super átomo": todos os átomos de rubídio no condensado começaram a comportar-se como se fossem uma única entidade. O resultado dessa experiência foi publicado na edição de julho de 1995 da revista Science.

Para fotografar o "super átomo", os cientistas tiveram de resfriar os átomos ainda mais: a 20 bilionésimos de grau acima do zero absoluto: na época, a temperatura mais baixa que já havia sido atingida.

Em sua euforia pela confirmação da experiência, Wieman e Cornell afirmaram na época que "esse estado não poderia ser encontrado naturalmente em nenhum lugar do universo", "de formas a que a amostra em nosso laboratório é o único pedaço dessa coisa no universo, a menos que exista outra em outro laboratório em outro sistema solar", e "é realmente um novo estado da matéria, ele tem propriedades completamente diferentes de quaisquer outros tipos de matéria".


A experiência

O time de pesquisadores, que também incluiu alunos de graduaçãoe de pós-graduação, utilizou armadilhas a laser e armadilhas magnéticas para formar uma bolinha de átomos de rubídio tão estacionários quanto o permitido pelas leis da Mecânica Quântica. Essa bolinha ficava envolvida por uma "nuvem" de átomos normais de rubídio. Visível através de uma câmara de vídeo, a "bolinha" tinha 20 microns de diâmetro (algo como cerca de um quinto da espessura de uma folha de papel).


O condensado foi formado dentro de uma cela de vidro tendo em volta um conjunto de magnetos, lasers e computadores. Dentro da armadilha estavam cerca de dois mil átomos de rubídio, espremidos num espaço muito pequeno, e numa temperatura muito baixa.

Os átomos no condensado obedecem as leis da mecânica Quântica, e são diferentes daqueles átomos que os rodeiam. Os cientistas fazem uma analogia à cristais de gelo formando-se em água gelada. "Se não fosse pela mecânica quântica, esses átomos não deveriam ter energia nenhuma. Eles estão tão perto do zero absoluto quanto as leis da ciência permitem", disse Wieman.

O zero absoluto, ou 273,15 graus abaixo de zero Celcius, é o ponto hipotético no qual uma substância não teria movimento nem calor. Entretanto, essa temperatura nunca poderá ser atingida, de acordo com as leis da Termodinâmica.

A temperatura atingida pelos cientistas é realmente muito baixa: até as regiões mais remotas do universo são bilhões de vezes mais quentes, devido à radiação de fundo deixada pelo Big Bang.

Átomos de gás a temperatura ambiente movem-se a cerca de 1000 milhas por hora, e são desacelerados à medida em que a temperatura cai. Os átomos normais, na temperatura atingida, movem-se a cerca de um metro por hora; os dentro do condensado movem-se tão devagar que a sua velocidade não pode ser medida na época da experiência.

No condensado, os átomos existem em uma estranha condição. Como se numa sopa, cujas propriedades ainda são desconhecidas. A condensação da matéria é a contrapartida do laser. Esse causa um grande número de fótons ter a mesma energia e a mesma direção. O condensado coloca um grande número de átomos no mesmo estado mecânico quântico. Assim, dizem, "o condensado está para a matéria normal assim como o laser está para a luz de uma lâmpada comum".

O condensado de Bose-Einstein é um fenômeno esquisito, que tem um papel significativo na matéria condensada, e na física atômica, nuclear, e das partículas elementares e em astrofísica. O estudo do condensado em sistemas fracamente interativos promete revelar novos efeitos mecanico-quânticos macroscópicos, e pode avançar a compreenção da supercondutividade e da superfluidez em sistemas mais complexos.



Experimental

Começando com um gás à temperatura ambiente, os pesquisadores desaceleraram os átomos e os capturaram em uma armadilha criada pela luz produzida por lasers de diodo, similares àqueles empregados em CD players. Os lasers infravermelhos eram alinhados de tal formas a que os átomos eram bombardeados por um fluxo constante de fótons vindos de todas as direções: pela frente, por trás, esquerda, direita, por cima e por baixo. O truque: o comprimento de onda dos fótons era escolhido de tal forma que só iriam interagir com átomos se movendo na direção dos fótons. "É como correr debaixo de uma chuva de granizo: para aonde você vai, o granizo sempre bate na sua face; portanto, você para", compararam os cientistas. Isso faz com que os átomos se desacelerem, o equivalente a resfriar, até temperaturas da ordem de 10 bilionésimos de grau acima do zero absoluto - ainda muito quente para produzir a condensação Bose-Einstein. Cerca de 10 milhões de átomos foram capturados nessa armadilha de luz.

Uma vez que os átomos estão presos, os lasers são desligados, e os átomos são mantido no lugar por campos magnéticos. Cada átomo carrega o seu próprio ímã, devido ao spin dos seus elétrons, e assim, eles podem ser capturados, ou mantidos em armadilhas se um campo magnético apropriado é construido em volta deles.

Os átomos são resfriados ainda mais permitindo-se que os mais quentes pulem fora da armadilha; isso funciona como o processo de resfriamento de um copo de café quente: as moléculas dágua mais quentes ''pulam" fora na forma de vapor. O que o time de pesquisadores de Boulder conseguiram foi ter ido além da armadilha magnética convencional. Eles inventaram a armadilha de potencial tempo-mediada orbital, ou "time-averaged orbiting potential trap". O palavrão funciona assim: devido ao fato de que os átomos mais frios tem a tendência de escapar do centro da armadilha convencional, como bolinhas de gude caindo por um funil, os cientistas inventaram a técnica de "mover" o funil mais rápido do que os átomos podiam responder. Assim, conseguiram juntar cerca de dois mil átomos no condensado.



A repercução imediata

Wieman afirmou que o equipamento utilizado na experiência não era nem exótico, e nem caro, e que portanto, acreditava que a sua experiência poderia ser duplicada em qualquer outro laboratório, dando aos físicos uma nova forma de estudar efeitos quânticos em larga escala. "Pela primeira vez, nós temos um objeto macroscópico que se comporta de uma forma puramente quântica. Isso vai abrir uma nova forma de se estudar o comportamento fundamental da matéria", disse.

De fato, no mesmo verão de 1995, times da Universidade de Rice conseguiram um condensado de cerca de 100.000 átomos de lítio, e um time do MIT outro, de cerca de 500.000 átomos de sódio. A técnica, porém, era a mesma. O que o time do MIT desenvolveu foi uma melhoria da armadilha magnética com o uso de um laser fortemente focalizado, de formas a produzir uma "rolha" de luz que impedia os átomos de pularem fora da armadilha magnética montada.






o lítio 7 da experiência em Rice: antes (esquerda) e depois (direita) da condensação (pontinho escuro)
As outras cores denotam átomos de lítio menos frios, normais.







Os cientistas agora acreditam que eles possam estudar efeitos quânticos em uma quantidade de matéria numa escala de vários centésimos de milímetro (átomos são 10.000 vezes menores do que isso).

Answer 3

Um minúsculo buraco negro poderia aparecer brevemente em um acelerador de partículas e então desaparecer em seu próprio universo separado.


CERN Momentos fugazes. Um buraco negro em miniatura poderia aparecer em dados de um acelerador de partículas semelhantes a estas simulações, mas ele pode desaparecer imediatamente em seu próprio universo “destacando-se” do nosso.






Buracos negros minúsculos podem logo ser produzidos por encomenda em aceleradores de partículas, mas quase que instantaneamente após seu nascimento, sumir da existência. Na Physical Review Letters de 14 de outubro, uma equipe propôs um mecanismo para esse passe de mágica: O espaço ao redor do buraco negro poderia embrulhar sobre si mesmo e brotar, formando um novo universo bebê invisível para nós. Um evento como esse pode significar a existência de dimensões extras além das três com que estamos familiarizados e dar pistas das propriedades delas.

Um buraco negro astronômico forma-se quando matéria suficiente é comprimida em um espaço suficientemente pequeno para chegar na densidade crítica. De acordo com a teoria, a mesma densidade crítica poderia ser alcançada se duas partículas se chocassem violentamente, criando um buraco negro minúsculo. Exatamente o quão violenta a colisão precisaria ser deve depender do número de dimensões de nosso universo. Se há apenas as três dimensões de espaço, então para produzir buracos negros seriam necessárias partículas com energias muito além do que qualquer processo conhecido pode produzir. Mas se o universo tem dimensões extras, como teorias de gravidade quântica prevêem, então a gravidade poderia ser muito mais forte a distâncias curtas e atrair com mais força as duas partículas em colisão, assim que elas fiquem próximas o suficiente. A criação de buracos negros poderia então ser realizada no Grande Colisor de Hádrons (LHC, Large Hadron Collider) do Conselho Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), o novo acelerador em Genebra, Suiça, que deve começar a colidir prótons em 2007.

Preparando-se para o LHC, os teóricos vem tentando prever o comportamento de tais buracos negros minúsculos. Um artigo de 2002 sugere que logo depois de ser criado, um buraco negro poderia desaparecer em dimensões extras, mas ninguém até agora descreveu o processo completamente.

Agora Antonino Flachi e Takahiro Tanaka da Universidade de Quioto no Japão completaram a descrição. Em teorias extra-dimensionais, a maioria das partículas estaria aprisionada em nosso mundo tridimensional, o qual os físicos chamam de brana. Mas grávitons, os portadores da força gravitacional, poderiam viajar para fora da brana para as dimensões extras. Se a brana fosse uma folha plana e esticada, o buraco negro poderia emitir um gráviton perpendicular à folha, e o recuo do buraco negro distorceria a região da brana ao seu redor, criando um calombo profundo.

Para simular o distorcer da membrana, Flachi e Tanaka usaram um computador para mastigar as equações da relatividade geral. Em suas simulações, os eventos que sucedem a criação do calombo dependem das propriedades que a dupla assumiu para a brana – propriedades que permanecem desconhecidas. Uma brana “flexível” poderia fechar-se ao redor do calombo. Essa “bolha de brana” poderia então destacar-se e libertar-se de nossa brana, formando uma, assim chamada, brana bebê que é separada e invisível de nossa própria. Em uma brana “rígida”, buracos negros minúsculos continuariam visíveis para nós. Assim, buracos negros surgindo brevemente no LHC poderiam nos dar pistas a respeito da brana e das dimensões extras, dizem Flachi e Tanaka.

Dejan Stojkovic da Universidade de Case Western Reserve em Cleveland, EUA, afirma que o novo estudo confirma seu artigo anterior sugerindo que buracos negros pequenos poderiam deixar nossa brana. Entretanto, Greg Landsberg da Universidade Brown em Providence, Rhode Island, EUA, duvida da aplicação geral dos resultados. Ele diz que há muitos cenários incluíndo diferentes presunções e que resultam em buracos negros sendo aprisionados na brana. Em vez de gastar um monte de tempo discutindo várias possibilidades, ele diz, “prefiro esperar mais alguns anos até acionarem o LHC “.


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