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A Photon-Photon Collider in a Vacuum Hohlraum

                       

Depois de precisos 80 anos de sua proposição (em 1934), o processo   (fóton + fóton) produzindo um par (elétron + pósitron), trabalhado teoricamente por Breit e Wheeler no âmbito da QED, está próximo de ser produzido em laboratório. A criação de matéria a partir de energia ainda não foi viabilizada experimentalmente devido a dificuldades de se trabalhar com radiação de altíssima freqüência, na região dos raios-gamma.  Agora, com a proposta de um colisor de fótons, como descrito em detalhes no paper "A photon-photon collider in a vacuum hohlraum"  O. J. Pike et al. publicado no último dia 18 MAI 2014 na Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2014.95 , e as simulações de Monte Carlo que confirmam a factibilidade do experimento, com uma produção razoavelmente abundante de pares (e+ , e-), o projeto de 80 anos atrás pode se tornar realidade experimental. Este se preanuncia como um novo momento também para possíveis extensões não-lineares da Eletrodinâmica, com a interação fóton-fóton podendo ser controlada em laboratório. Vamos aguardar e seguir a implantação deste colisor fotônico e os resultados dos experimentos que serão aí realizados.

 

Elétron Assimétrico

           A aceitação tardia de um elétron assimétrico se deve ao fato de o Modelo-Padrão não prever a existência do e-EDM, já que os cálculos neste cenário só indicariam uma assimetria a distâncias menores do que 10^(-39) , que é 6 ordens de grandeza inferior ao comprimento de  Planck, que regime no qual não se tem idéia do que possa ser a Física. Com as teorias supersimétricas e outras propostas de extensão da Física Padrão, a assimetria da carga e o e-EDM começam a se aproximar do valor atual de 10−29 cm. É uma discussão que irá, certamente, nos ocupar no próximo ano.

Observation of Dirac monopoles in a synthetic magnetic field

 

                Foi anunciada a observação de monopólos magnéticos tipo-Dirac (não os monopólos magnéticos tipo-partícula muito massiva, os monopólos de 't Hooft - Polyakov!) em campos magnéticos sintetizados a partir de condensados de Bose-Einstein. Estes monopólos são os primeiros a serem detectados em um ambiente criado por genuínos campos quânticos. O resultado encontra-se reportado na Nature do dia 30 JAN passado: As configurações de monopólo magnético detectadas anteriormente, em 2009, nos sistemas chamados gelos de spin não apresentam esta particularidade, isto é, de aparecerem em um ambiente determinado por campos quânticos.

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Order of Magnitude Smaller Limit on the Electric Dipole Moment of the Electron

 

                          Foi feita medida do momento de dipólo elétrico do elétron, que levou à exclusão de uma série de modelos de Física além do Modelo-Padrão, foi aceito pela Science e publicado no último dia 17 JAN. Havíamos citado este trabalho em um de nossos noticias do mês de NOV 2013, quando o paper havia sido veiculado através dos arXivs.

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Interpretation of AMS-02 Electrons e Positrons Data

 

Um resultado que se mostrava um desafio ao Modelo-Padrão: o expressivo excesso de pósitrons de altas energias medido pelo AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer),  provenientes de regiões exteriores ao Sistema Solar. Este resultado contrasta com as previsões calculadas no contexto do Modelo-Padrão,  que indicam um número bem mais baixo de pósitrons com energias acima de 10 GeV do que o observado pelo AMS-02.

A interpretação dada em 2013 foi em favor da existência de matéria escura: o excesso de pósitrons sendo atribuído à aniquilação dos WIMPs (Weakly interacting massive particles, candidatos a parte da matéria escura).  O recente trabalho de Di Mauro e colaboradores não escanteia esta interpretação dos dados, mas propõe uma nova modelagem: a origem deste excessivo fluxo de pósitrons que chega ao Sistema Solar e que o AMS-02 detectou pode ser proveniente de pulsares (estrelas de nêutrons com altíssima rotação), cujos intensos campos magnéticos induzem intensos campos elétricos. O mecanismo proposto no paper do JCAP é que partículas carregadas sejam ejetadas da superfície da estrela e, então, fortemente aceleradas pelo campo elétrico nas vizinhanças. A radiação produzida se materializa sob a forma de cascatas de pares elétrons-pósitrons, e são estes pósitrons que chegam ao Sistema Solar de forma abundante. A proposta de Di Mauro e seu grupo não passa pelos WIMPs e imputa aos pulsares a origem do excesso de pósitrons detectado pelo AMS-02. Neste cenário, não se precisa recorrer a uma Física fora do Modelo-Padrão e apelar para os WIMPs; simplesmente, recorre-se à Astrofísica e aos intensos campos produzidos pelas estrelas de nêutrons. Um problema de QED em presença de intensos campos externos, que tem sido objeto de muitas publicações recentes. Em resumo: o confronto de idéias está lançado; quem ganha é a Física!

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High-precision measurement of the atomic mass of the electron

O valor encontrado para a massa do elétron corrige a precisão do valor do CODATA, usado até agora, por um fator 13. O impacto do resultado está no fato de q, com este valor encontrado, a precisão na medida da razão (g-2) do elétron sobe para 1 parte em 10^12 (1 parte em 1 trilhão!), e isto vem a representar a possibilidade de se detectar nova Física não só no (g-2) do múon, como se pensa hoje; o magnetismo do elétron passará a servir, em breve, como um excelente laboratório para se detectar efeitos de Física além do Modelo-Padrão. O nível de precisão q se tinha atualmente não comporta a confirmação dos resultados teóricos calculados até 5 loops. A altíssima precisão na medida do (g-2) pode, ainda, vir na direção de várias antevisões do Vovô Dirac sobre a estrutura interna do elétron. Amplo horizonte à vista! Belos tempos.

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Magnetic Monopoles: Quenching the fire in spin ice

 

O resultado de grande relevo é a possibilidade de se reforçar a produção abundante de monopolos e, através de um campo magnético, estes estabelecerão uma corrente (magnética!). Mais um grande passo na Teoria do Magnetismo e a materialização de mais uma das antecipações (matemáticas!) do Vovô Dirac.

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Medida do Momento de Dipolo do Elétron

Foi anunciada a medida mais atual e precisa para o MOMENTO DE DIPOLO ELÉTRICO (EDM) do ELÉTRON, medida que melhora por

um fator 12 o resultado de 2011, ainda vigente no PDG.  O EDM do elétron, designado por de , é apenas conhecido através de limites superiores, e o status atual é como segue abaixo:

de  previsto pelo Modelo-Padrão < 10−39 e·cm,

de  no PDG (medida de 2011)  <   10.5 x 10−28 e·cm,

de  atual (medida de 2013) <  8.7 x 10−29 e·cm 

Modelos e teorias além do Modelo-Padrão tocam fortemente no EDM do elétron, prevendo valores muito maiores do que o valor calculado pelo Modelo-Padrão. Modelos supersimétricos, por exemplo, chegam a prever de  < 10−30 e·cm  (SUSY) portanto, 9 ordens de grandeza acima do que prevê o Modelo-Padrão, mas, ainda assim, abaixo do upper bound de 2013. Entretanto, este resultado recente coloca na barra de ferramentas uma série de modelos que pretendem descrever física além do Modelo-Padrão, para os quais de  chega a ser na faixa dos 10−26 e·cm.

O EDM do elétron, seja no Modelo-Padrão que nas demais extensões, aparece como efeito radiativo (efeito de teoria quântica de campos), a partir de correções de 1-loop e corresponde a um efeito que viola a simetria CP. A sua medida fornece, então, um bom vínculo para a física com violação de CP. Na prática, um EDM não-trivial reflete uma assimetria na distribuição da carga do elétron em torno de seu spin. Tudo que o Vovô Dirac já dizia em 1931. Em 1982, no ICTP, ele deixou bem claro que o elétron deveria, algum dia, vir a se mostrar composto. E ele tinha os candidatos a partículas estruturantes do elétron: os singletons, aos quais chegou em 1963. Mais informações:

Paper: download

Efeito Hall Quântico com Luz

No trabalho "Imaging Topological Edge States in Silicon Photonics", publicado na Nature Photonics, versão on-line do dia 20 OUT 2013, M. Hafezi et al. mostram como construir estados topológicos de borda para fótons em sistemas 2-dimensionais, chegando, assim, a uma versão fotônica do QHE. 

É um outro grande resultado na direção da engenharia da luz e, mais uma vez seguindo o famoso artigo do Prof. Dirac de 1939 sobre a relação entre Matemática e Física, este trabalho abre as portas para que a Topologia possa levar a previsões de novos desdobramentos da matéria topológica em sistemas fotônicos. É a Matemática, menos do que uma simples linguagem e mais como uma sonda de investigação.

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Isolated Optical Vortex Knots

                                    

O presente artigo do PRL apresenta novas soluções não descritas no trabalho da Nature de 2010. Tais soluções não são meras ilustrações de caráter matemático; podem ser realizadas experimentalmente, através de hologramas que direcionam o fluxo da luz, como explicam os autores em seu artigo.

Esta forte aliança entre uma matemática abstrata (a Topologia Algébrica), a Teoria Eletromagnética de Maxwell e Ótica Experimental abre uma nova direção no campo da fotônica, com muitas vertentes de aplicações imediatas. É muito gratificante se constatar que a Eletrodinâmica Clássica pode ainda nos revelar tantos novos desafios, no âmbito dos quais uma matemática mais abstrata desempenha papel crucial. A teoria física está aí; são as "sondas da matemática" a permitir novas explorações e detecções. Neste sentido, chamo a atenção de VCs para aquele famoso paper do Prof. Dirac de 1939, onde explora as relações de afinidade eletiva entre a Matemática e a Física. Para aqueles que ainda não o leram, anexo aqui o PDF desta obra-prima da Literatura Diraqueana. A Matemática. longe de ser apenas a linguagem da Física, pode se tornar um poderoso instrumento de investigação, revelando aspectos e fenômenos novos (como estes vórtices óticos). Foi exatamente assim que o Prof. Dirac chegou à existência da anti-matéria, antecipando a descoberta experimental da mesma.

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Tying Knots in Light Fields

        

 

                                                         Os autores constróem uma nova classe de soluções analíticas de campo nulo para as equações de Maxwell no vácuo. [Acrescento aqui que a atribuição soluções de campo nulo refere-se àquelas soluções não-triviais em que os invariantes relativísticos 

          (E^2 - c^2 B^2)   e   (E.B são ambos nulos, como ocorre com as ondas eletromagnéticas livres que se propagam no vácuo). O aspecto relevante das soluções que encontram é que as linhas de campos de E e B formam laços com nós, com topologia não-trivial, como vórtices. Estas soluções são construídas utilizando-se polinômios complexos sobre a esfera S^3, o que traz para a Física novas aplicações de um campo bem abstrato da Maths, a Topologia Algébrica.

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Attractive photons in a non-linear medium

 

É o trabalho experimental de um grupo do Harvard-MIT Centre for Ultracold Atoms, que mostra a possibilidade de formação de estados ligados de puros fótons. A idéia é produzir um meio com átomos de Rydberg, no qual a luz se comporta como formada de fótons massivos e a não-linearidade que o meio estabelece favorece a atração entre os fótons, que se ligam em estados de 2 fótons. A interação que aglutina os fótons é mediada pelos átomos do meio. Pode-se, assim, falar de um novo estado - nunca produzido antes - da matéria. É uma notícia muitíssimo importante para a Física e que deverá nos levar à abertura de novos caminhos na compreensão da relação radiação - matéria.

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Pela primeira vez, é medida a carga fraca do elétron

 

Pela primeira vez, mediu-se a chamada carga fraca do próton, QW(p), grandeza q possibilita um grande insight sobre o Modelo-Padrão e sobre possíveis extensões do mesmo.

De acordo com o M-P, QW(p) tem um valor muito pequeno e fornece uma medida alternativa ao ângulo de Weinberg, atualmente estimado em sin2θW ~ 0.2312. Medidas de precisão de QW(p) são de particular interesse para o M-P, pois podem evidenciar desvios em direção a alguma nova física, devendo assim, oferecer vínculos na construção de possíveis extensões do M-P. É um resultado de grande destaque nestes tempos em q buscamos confirmações e possíveis desvios do M-P.

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Observação direta de estados ligados de mágnons

 

                                  A revista Nature anuncia, a observação direta de estados ligados de mágnons, o que já havido sido teoricamente previsto por Hans Bethe há cerca de 80 anos (mágnons são quanta de ondas de spin em sistemas magnéticos). Ao longo destes 80 anos, estes estados ligados preditos pela teoria foram o objeto de muitas investigações teóricas e desafios experimentais. Estes estados mágnon-mágnon foram detectados em sistemas de átomos ultra-frios (condensados de Bose-Eintein) e tiveram também o seu tempo de decaimento medido nos experimentos reportados. O resultado é muito relevante, pois pode esclarecer detalhes da matéria em seu chamado estado topológico. E a compreensão da formação destes estados ligados é um estimulante tema de pesquisa para a teoria quântica não-relativística de campos.]

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Monopólos Magnéticos produzidos artificialmente através do colapso de skyrmions

Skyrmions foram descobertos em 2009 em materiais constituídos de Fe,Co e Si e identificados através de espalhamento de nêutrons. Os skyrmions são sólitons topológicos e se comportam como pequenos vórtices magnéticos (haviam sido previstos em 1962 no âmbito da Física Hadrônica). O que se descobriu foi que estes skyrmions colapsam em defeitos topológicos e que se comportam como monopolos magnéticos. Assim pode-se dizer que se conseguiu produzir artificialmente monopólos magnéticos a partir do decaimento de skyrmions. Os skyrmions foram propostos pelo inglês Skyrme, em 1962, como soluções topológicas de modelos-sigma não-lineares e utilizados para descrever prótons, nêutrons e núcleos mais pesados como estruturas topológicas em condensados de campos de píons. Witten repropôs os skyrmions em 1983, induzindo uma imensa produção literária do tema em 1983 e 1984.

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Observation of the non-local spin-orbital effective field

Xin fan e co-autores dão um passo muito importante no controle do spin e do magnetismo dos elétrons de materiais não-magnéticos. O trabalho é um up-grade significativo do tópico de Efeito Hall Quântico de Spin, quando se consegue estabelecer e medir correntes de spin. O trabalho apresenta, pela primeira vez, técnicas para a medição e caracterização do campo magnético de nano-ímãs e, aplicada a materiais ferromagnéticos, indica como se pode confinar campos magnéticos e vencer a difícil barreira da blindagem magnética. 

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A interação entre dipolos magnéticos de nanoescala

 

A interação entre dipolos magnéticos de nanoescala foram observados pela primeiríssima vez por um grupo da Alemanha. Surpreendentemente, os dipolos aparecem em formação do tipo cadeias e não em padrão de zig-zag, como se esperaria da simple interação dipolo-dipolo. O resultado é compreendido através do efeito devido a interações de multipolos mais altos. A novidade merece a nossa atenção e é um excelente tópico para um curso de Teoria Eletromagnética. O paper-fonte é o PRL a seguir, de exatamente 1 mês atrás. Com a Nanofísica, o Eletromagnetismo não vai parar de nos trazer fatos novos e provocativos, tão provocativos q a PRL abre as suas páginas para publicação dos mesmos.

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Isolantes Topológicos

 

         Os ISOLANTES TOPOLÓGICOS, previstos teoricamente em 2005 e construídos em laboratório em 2008, acabam de ser descobertos em estado natural. A Natureza pensou antes dos físicos! Parece ser um material muito mais perfeito do q os isolantes topológicos sintetizados em laboratório.

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Giga-Hertz quantized charge pumping in graphene quantum dots

autores: M. R. Connolly et al.

O importante deste paper é q assinala o início de uma revolução na metrologia elétrica. O VOLT e o OHM são unidades q já podem ser standardizadas de forma microscópica. O VOLT, através da medição da voltagem nas junções Josephson de supercondutores; o OHM por meio da resistência Hall quântica. Até hoje, o AMPÈRE só tem padrão de medida macroscópico. A novidade é q a técnica chamada SEP (single-electron pumping), em conexão com o grafeno, vai permitir se redefinir o AMPÈRE e estabelecer para a corrente elétrica um padrão de medida em termos da carga elementar de 1 único elétron, e não mais através do fluxo de cargas em fios condutores afastados à distância de 1 metro um do outro. Novidade na metrologia eletromagnética!

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Medida Experimental do Momento de Dipolo Elétrico do Nêutron

       Um grupo da Universidade de Winnipeg prepara-se (e promete!) dar a medida experimental do MOMENTO DE DIPOLO ELÉTRICO do NÊUTRON. Apesar de neutro, mas por ser composto de quarks, o NÊUTRON deve apresentar MDE permanente; o cálculo teórico dá um valor pequeníssimo (menor do que 10-25 e.cm). O interessante, é q o MDE do NÊUTRON só pode ser calculado com uma Física fora do Modelo-Padrão, pois deve incorporar o setor não-perturbativo da QCD, através do chamado parâmetro-THETA, esperado ser da ordem de 10-9. A medida do MDE do NÊUTRON permitirá também estabelecer um critério para selecionar modelos com Física além do Modelo-Padrão. Aqui, o eletromagnetismo e as interações nucleares fortes se associam para a busca de um resultado de bastante impacto.

      Quando mais informações forem disponibilizadas, colocaremos aqui.

 

Octopolo Elétrico

 

Um indício de efeito "fora do Modelo-Padrão" vindo da Física Nuclear, com estudos relacionados a deformações associadas a estruturas de octopolo elétrico e não, como usualmente, quadrupolo.O Experimento-ALPHA do CERN conseguiu manter átomos de anti-hidrogênio por quase 17 min. Este resultado dá ignição a um projeto muito esperado de se estudar a interação gravitacional da anti-matéria. Este projeto pode ter desdobramentos muitíssimo importantes em termos de CPT e da própria simetria de Lorentz. 

Mais informações aqui.

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Ligue para: (24) 2231-3549 ou 2237-0625

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