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segunda-feira, 19 de março de 2012

Dinâmica gravitacional dos buracos negros e Nascimento do Universo.

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Universidade de Chicago físicos têm demonstrado experimentalmente pela primeira vez que os átomos resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto pode se comportar como aparentemente não relacionados sistemas naturais de escalas muito diferentes, oferecendo perspectivas potenciais sobre as ligações entre o reino atômico e profundos mistérios da cosmologia.
Este estado ultracold, chamado "criticalidade quântica," aponta para similaridades entre fenômenos tão diversos como a dinâmica gravitacional dos buracos negros ou as condições que prevaleceram no exóticos do nascimento do universo, disse Cheng Chin, professor associado de física na UChicago. Os resultados podem ainda apontar para formas de simular fenômenos cosmológicos do início do universo, estudando sistemas de átomos em estados de criticalidade quântica.
"Criticalidade quântica é o ponto de entrada para nós para fazer conexões entre as nossas observações e de outros sistemas na natureza", disse Chin, cuja equipe é a primeira a observar criticalidade quântica nos átomos ultracold em redes ópticas, uma matriz regular de células formado por laser múltipla vigas que capturar e localizar átomos individuais.
Criticalidade quântica emerge apenas na vizinhança de uma transição de fase quântico. Nos física da vida diária, transições de fase em vez mundanas ocorrer quando, por exemplo, água congela-se em gelo, em resposta a uma queda na temperatura. As transições de fase muito mais evasivo e exóticas quântica ocorrer somente em temperaturas ultracold sob a influência da pressão de magnetismo, ou outros fatores.
"Este é um passo muito importante em ter um teste completo da teoria quântica de criticidade em um sistema que pode caracterizar e medir muito bem", disse o professor de física da Universidade de Harvard Subir Sachdev sobre o estudo UChicago.
Os físicos têm extensivamente investigado criticalidade quântica em cristais, supercondutores e materiais magnéticos, especialmente no que se refere aos movimentos dos elétrons. "Esses esforços são prejudicados pelo fato de que não podemos entrar e olhar realmente para o que cada elétron está fazendo e todas as várias propriedades à vontade", disse Sachdev.
Trabalho teórico Sachdev revelou uma profunda conexão matemática entre partículas subatômicas como se comportar perto de um ponto crítico quântico ea dinâmica gravitacional dos buracos negros. Há alguns anos, portanto, ramificações dos experimentos de Chicago poderia fornecer um campo de testes para tais idéias, disse ele.
Existem dois tipos de pontos críticos, que de fase separada uma da outra. O documento trata de Chicago com o mais simples dos dois tipos, um marco importante para combater a versão mais complexa, Sachdev disse. "Eu imagino que vai acontecer no próximo ano ou dois e é isso que estamos todos ansiosos para agora", disse ele.
Outras equipes de UChicago e em outros lugares têm observado criticalidade quântica sob completamente diferentes condições experimentais. Em 2010, por exemplo, uma equipe liderada por Thomas Rosenbaum, o John T. Wilson Distinguished Service Professor de Física em UChicago, observou criticalidade quântica em uma amostra de cromo puro, quando foi submetido a pressões muito altas.
Em seus experimentos de mesa, os cientistas de Chicago usar conjuntos de feixes de laser cruzados para aprisionar e arrefecer até 20.000 átomos de césio em um plano horizontal contida dentro de uma câmara de vácuo de oito polegadas cilíndrico. O processo transforma os átomos de um gás quente para um superfluido, uma forma exótica de matéria que existe apenas a temperaturas de centenas de graus abaixo de zero.
"A experiência toda leva de seis a sete segundos e podemos repetir a experiência novamente e novamente", disse Zhang.
O aparelho experimental inclui uma câmara CCD suficientemente sensível para distribuição de imagens de átomos em um estado de criticalidade quântica. A câmara CCD grava a intensidade de luz laser que entra que câmara de vácuo contendo milhares de átomos ultracold especialmente configurados.
"O que nós registro da câmera é essencialmente uma sombra lançada pelos átomos," Chin explained.The cientistas UChicago primeiro olhou para sinais de criticalidade quântica em experimentos realizados em temperaturas ultracold de 30 a 12 nano-Kelvin, mas não conseguiu ver a evidência convincente . No ano passado, eles foram capazes de empurrar as temperaturas abaixo de 5,8 nano-Kelvin, apenas bilionésimos de grau acima do zero absoluto (menos 459 Fahrenehit graus).
"Acontece que você precisa ir abaixo de 10 nano-Kelvin, a fim de ver esse fenômeno no nosso sistema", a equipe Chin said.Chin 's tem sido especialmente interessado na possibilidade de usar átomos ultracold para simular a evolução do Universo primordial. Esta ambição vem do conceito de simulação quântica que o Prêmio Nobel Richard Feynman propôs, em 1981. Feynman afirmava que se os cientistas a compreender um sistema quântico bem o suficiente, eles podem ser capazes de usá-lo para simular as operações de um outro sistema que pode ser difícil de estudar diretamente.
Para alguns, como Sachdev de Harvard, quantum criticidade em átomos ultracold é digno de estudo como um sistema físico no seu próprio direito.
"Eu quero entendê-lo para seus próprios belas propriedades quânticas em vez de vê-la como uma simulação de algo mais", disse ele.
A imagem de raios-X na parte superior do do telescópio do Observatório Europeu do Sul 3,6 metros mostra a galáxia NGC 5408.
A imagem abaixo mostra a densidade média de átomos de césio tomadas durante vários ciclos experimentais para estudar a criticalidade quântica no laboratório ultracold de Cheng Chin, professor associado de física na UChicago. A densidade é menor na área branca do lado de fora, a mais elevada para o centro, onde os números mais elevados de átomos estão bloqueando a luz do laser de entrada de infravermelhos.
Mais informações: "A observação de criticalidade quântica com átomos ultracold em redes ópticas", de Xibo Zhang, Chen-Lung Hung, Shih-Kuang Tung, e Chin Chen, da Ciência, 02 de março de 2012, vol. 335, No. 6072, pp 1070-1072, e online fevereiro na Science Express 16 de fevereiro.
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O Galaxy diário via Universidade de Chicago

Crédito da imagem: Xibo Zhang Cheng e Chin e Roberto Soria / Manfred Pakull / Observatório Europeu do Sul

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