Supercondutores podem detectar a matéria escura (Superconductors could detect superlight dark matter)

Um conjunto maciço de galáxias conhecidas como Abell 1689, captadas pelo Hubble. A lente gravitacional observada pelo Hubble em Abell 1689 indica a presença de matéria escura. Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), ACS Science Team, ESA

      Muitas experiências estão atualmente à procura de matéria escura, substância invisível que os cientistas sabem que existe pelo seu efeito gravitacional sobre estrelas, galáxias e outros objetos. Na Terra, os cientistas estão usando aceleradores de partículas, como o Large Hadron Collider (LHC), para procurar a matéria escura. Embora os pesquisadores tenham varrido todas as suas bases de localização, esses detectores podem não ser sensíveis o suficiente para detectar a matéria escura se a massa da matéria escura for menor do que 10 GeV (10 bilhões de elétrons-volt).

       Para resolver este problema, os físicos estão trabalhando no desenvolvimento de detectores mais sensíveis. Em um novo estudo, os cientistas propuseram um novo tipo de detector feito de supercondutores. A matéria escura tem uma massa na faixa de 1 keV (1000 elétrons-volt) a 10 GeV, até um milhão de vezes mais leve do que o próton.

       “A maior importância do nosso trabalho é a capacidade potencial para detectar a matéria escura com massa entre mil a um milhão de vezes mais leve do que a massa do próton,” disse Kathryn M. Zurek, uma das principais pesquisadoras envolvidas no trabalho. “Detectores supercondutores são a única proposta para a matéria escura nesta faixa de massa”.

       Embora a maior parte da matéria escura não interaja com qualquer coisa, os cientistas assumem que ela interage com a matéria comum de alguma forma, ou então eles não poderiam detectá-la no laboratório. Mas não está claro se a matéria escura interage com os elétrons, núcleos, ambos, ou qualquer outra coisa.

       Em geral, os detectores de matéria escura são baseados no princípio de que, se uma partícula de matéria escura atingisse o detector e interagisse com ele, a colisão iria produzir outros tipos de partículas, tal como um fóton ou fônons (um quanta de vibração) numa energia específica. O material do detector é de extrema importância, pois a interação entre a matéria escura e o detector determina as propriedades específicas da partícula que é produzida. Alguns dos detectores mais sensíveis são feitos hoje em dia de xenônio líquido (detector de LZ), cristal de germânio (SuperCDMS), e outros materiais semelhantes.

       No novo estudo, os físicos mostraram que um detector de matéria escura feito de um supercondutor, tal como alumínio ultrapuro, pode ser o material mais sensível, capaz de detectar a matéria escura com uma massa de algumas centenas de keV ou menos. A sensibilidade resulta do fato de que os supercondutores possuem um band gap de zero ou muito próximo de zero. O alumínio, por exemplo, tem um pequeno gap na faixa de 0,3 MeV (0,0003 eV).

       A ideia é que uma das partículas de matéria escura que pode estar constantemente fluindo através da Terra espalhe um elétron livre no supercondutor. Em um supercondutor, os elétrons livres estão ligados em pares de Cooper com uma energia de ligação de 0,001 eV. Se uma partícula de matéria escura tem energia suficiente para promover um elétron acima do gap do material, ele vai quebrar o par de Cooper. Desta forma, o supercondutor absorve a energia da partícula de matéria escura. Em seguida, um segundo dispositivo (um calorímetro) mede a energia térmica depositada no absorvedor, proporcionando evidência direta da partícula de matéria escura.

       Os físicos preveem que melhorias razoáveis ​​na tecnologia de detector de corrente pode tornar este conceito viável no futuro próximo. Um dos maiores desafios será reduzir o ruído a partir de fontes diferentes da matéria escura, como o térmico e o ambiental. Se o detector supercondutor puder ser construído, ele irá fornecer o teste mais sensível até o momento da matéria escura e dar aos cientistas uma chance melhor de descobrir do que é feita a maior parte da matéria no universo.

Fonte1: http://phys.org/news/2016-02-superconductors-superlight-dark.html

Fonte2: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b07848

Teletransporte quântico: cientistas marcam novo recorde nos EUA

 

       Ainda deve demorar um bom tempo até que o teletransporte visto em filmes e séries de ficção científica se torne realidade. Contudo, mesmo que em proporções mínimas, esse tipo de tecnologia já existe, e os progressos, aos poucos, estão crescendo. Um dos avanços nesse campo aconteceu há alguns dias, quando um grupo de cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST, na sigla em inglês) quebrou um novo recorde no chamado teletransporte quântico.

       Primeiramente, é preciso esclarecer que esse tipo de teletransporte não está diretamente relacionado ao teletransporte humano, uma vez que a ciência ainda não decifrou como é possível transportar matéria ou energia de um determinado ponto para outro. Na prática, isso significa que ainda não é possível teleportar algo ou alguém com segurança, já que para isso é necessário desmaterializar toda sua composição do ponto A e 'montá-la', detalhe por detalhe, no ponto B.

       O teletransporte quântico, portanto, diz respeito não ao transporte de matéria, mas sim de informação. Envolve a captura das características fundamentais de um dado - e seus "estados quânticos" - para transmiti-lo instantaneamente de uma área para outra, e recriá-lo em outro lugar pré-determinado.

       E foi isso o que essa equipe de físicos conseguiu: reproduzir a condição de uma partícula em outra partícula sem ter estabelecido uma interação prévia entre elas. Na técnica, os cientistas teletransportaram um fóton por um cabo de fibra óptica de 102 quilômetros de comprimento. Essa distância representa um salto quatro vezes maior do que o recorde anterior.

       De acordo com Martin Stevens, pesquisador de óptica quântica do NIST, foi usado um equipamento detector de fótons extremamente sensível, já que 99% dos fótons transmitidos pelo teletransporte se perdem no caminho e nunca completam o percurso. Esse detector avançado de um fóton único tem em sua composição fios supercondutores de siliceto de molibdênio (MoSi₂), com cerca de 150 nanômetros de largura e resfriado a cerca de -272 ºC, ou aproximadamente de 1 grau acima do zero absoluto - mais gelado que a superfície de Plutão.

       O que o detector conseguiu foi justamente medir o sinal fraco desse 1% que conseguiu passar pelos 102 km de fibra, tornando a técnica mais eficiente. Para efeito de comparação, esse novo sistema de detecção mostra níveis de performance até 80% melhores que estudos anteriores. Neste caso, o recorde de maior distância percorrida em teletransporte quântico pertencia a uma equipe de físicos de Viena, que usou uma extensão de 144 km entre duas das ilhas Canárias.

       As aplicações do teletransporte quântico são muitas, e beneficiam principalmente o setor de comunicações. Um exemplo é a criação de um supercomputador quântico que pode processar bilhões e bilhões de dados extremamente complexos a velocidades muito acima da média das máquinas atuais mais potentes. Outra possibilidade é levar esse conceito para a internet, garantindo que informações sejam enviadas na rede de uma forma mais segura e com um altíssimo nível de segurança e criptografia.

       Claro que esse é um longo caminho a trilhar, mas a quebra do recorde é um sinal de que os cientistas estão avançando nesse campo de estudo. Segundo Stevens, o próximo passo é desenvolver um detector de fótons ainda mais preciso para aumentar as distâncias percorridas através do teletransporte quântico.

Fonte: http://canaltech.com.br/noticia/ciencia/teletransporte-quantico-cientistas-marcam-novo-recorde-nos-eua-50393/

Novo detector vai revolucionar observações astronômicas (new detector will revolutionize astronomical observations)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2014

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-detector-vai-revolucionar-observacoes-astronomicas&id=010130140114

Protótipo do detector supercondutor, cujos pixels detectam um único fóton.[Imagem: Spencer Buttig]

Sensor de pixel único

As câmeras digitais revolucionaram a fotografia graças aos semicondutores, usados para fazer os pixels que aposentaram os filmes de prata. No campo da astronomia e da astrofísica, porém, os semicondutores já estão perdendo a vez para os supercondutores.

A equipe do professor Ben Mazin, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos Estados Unidos, reforçou a superioridade dos supercondutores construindo um novo sensor que supera de longe todos os existentes. O detector supercondutor é capaz de medir a energia de fótons individuais, o que aumenta enormemente a capacidade do sensor para detectar luzes muito fracas.

“O que fizemos é, essencialmente, uma câmera de vídeo hiperespectral sem ruído intrínseco,” resume Mazin. “Em uma base pixel a pixel, é um salto quântico em relação aos detectores de semicondutor, tão grande quanto o salto que foi dos filmes para os semicondutores. Isto permite [fabricar] todos os tipos de instrumentos realmente interessantes.”

A técnica é uma variação dos MKIDs (Microwave Kinetic Inductance Detectors), um tipo de detector de fótons desenvolvido há cerca de 10 anos pelo próprio Dr.Mazin, em colaboração com outros pesquisadores. Agora ele adaptou esses detectores para que eles operem em ultravioleta, infravermelho próximo e também na porção visível do espectro eletromagnético. 

Embora muitíssimo mais sensível do que os sensores CCD das câmeras digitais, esse novo sensor só é adequado para uso em instalações de pesquisa, já que funciona em temperaturas criogênicas - tipicamente ao redor de 0,1 Kelvin. 

 

Mesmo em astronomia, seu uso é adequado para observações muito detalhadas, com grande sensibilidade, mas com um pequeno campo de visão.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-detector-vai-revolucionar-observacoes-astronomicas&id=010130140114