Construído ímã gigante para ser usado em projeto de fusão nuclear (Giant magnet built in Poway to be used in fusion energy project)

Os 48 elementos do magneto ITER devem gerar um campo magnético 200.000 vezes maior que o da Terra. Fonte: ITER.ORG

A empresa General Atomics está programada para revelar um eletroímã supercondutor de 1.000 ton para ser usado em um estudo de fusão nuclear por 35 países.

        De acordo com a empresa, o dispositivo construído que é poderoso o suficiente para levantar um porta-aviões para fora da água, será apresentado em uma conferência de imprensa em Poway, Califórnia (EUA).

        O eletroímã será utilizado nos experimentos do Reator Termonuclear Experimental Internacional (International Thermonuclear Experimental Reactor - ITER), na França, em que os cientistas vão tentar criar um plasma que demonstra a viabilidade da energia de fusão nuclear.

        Energia limpa de fusão nuclear é um santo graal para os pesquisadores que procuram alternativas à energia nuclear padrão e combustíveis baseados em carbono. Os cientistas dizem que a energia de fusão nuclear não cria resíduos de produtos de longo prazo ou riscos de colapso.

        Em seu site, o projeto ITER é descrito como um “experimento científico em grande escala destinado a provar a viabilidade da fusão nuclear como fonte de energia, e para coletar os dados necessários para a concepção e posterior operação da primeira usina de energia de fusão nuclear para produção de eletricidade”.

        Os Estados Unidos, China, Índia, Japão, Coréia do Sul, Rússia e nações da União Europeia estão envolvidos no projeto ITER. A preparação começou há sete anos no sul da França, e as operações estão programadas para iniciar em 2019, de acordo com um cronograma ITER.

        A inauguração pela General Atomics vem no rastro da notícia do mês passado que os cientistas da empresa com sede em San Diego descobriram como ímãs podem controlar rajadas de calor prejudiciais em um reator de fusão.

        A pesquisa construída em estudos anteriores mostra que campos magnéticos minúsculos podem suprimir as rajadas de calor - e agora especialistas em energia sabem como funciona o processo.

Fonte: http://fox5sandiego.com/2015/04/10/magnet-built-in-poway-to-be-used-in-fusion-energy-project/

Maior acelerador de partículas do mundo voltou a funcionar

 

 



 

A próxima tarefa do LHC será tentar decifrar o mistério da matéria escura, o material invisível e indetectável de que é feito cerca de 27% do Universo.

A Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (European Organization for Nuclear Research - CERN), em Genebra, anunciou neste domingo a reabertura do LHC (Large Hadron Collider), uma enorme máquina subterrânea onde dois feixes de partículas de altas energias colidem a velocidades próximas a da luz para tentar reproduzir o que se passou a seguir à criação do Universo, há 13.800 milhões de anos. Esteve dois anos parado, para obras de manutenção e renovação.

O LHC tinha reabertura prevista para o mês passado, mas um curto-circuito num dos eletromagnetos principais, detectado em 21 de março, adiou a operação. Esta manhã, os engenheiros do acelerador enviaram dois feixes de prótons (partículas subatômicas com cargas positivas, que se encontram no núcleo atômico) nos tubos do túnel a 100 metros de profundidade, na fronteira entre a Suíça e a França, com 27 quilômetros de circunferência do LHC.

Nestes tubos, os prótons são lançados em sentidos opostos para colidirem uns contra outros, guiados pelos ímãs supercondutores, que produzem um campo magnético que conduz as partículas. Atingem altíssimas velocidades e altas energias. Nestas colisões são criadas novas partículas, que são detectadas por sensores e analisadas pelos cientistas.

No primeiro período de funcionamento, entre 2010 e 2013, foi detectado o bóson de Higgs - a tão procurada partícula que permite explicar porque todas as outras adquirem massa. Detectá-la era o principal objetivo da construção do LHC. Era a última peça que faltava para confirmar o Modelo Padrão, a teoria que descreve as partículas fundamentais e as forças que exercem entre elas. A descoberta foi anunciada em 4 de Julho de 2012.

Um dos esforços nesta próxima fase é tentar investigar a natureza da matéria escura e da energia escura, que juntas constituem 95% do Universo (os 5% restantes correspondem à matéria que conhecemos, os átomos que formam as estrelas, os planetas e as pessoas). No entanto, a matéria e a energia escuras só são detectadas pela influência que têm na matéria normal.

Após as obras de renovação, o acelerador de partículas do CERN funcionará com uma energia muito maior, produzindo colisões de 13 TeV (teraelétrons-volt), em vez dos 8 TeV que alcançou na primeira fase. Este aumento permitirá aos cientistas ampliar o campo de investigação para procurar novas partículas subatômicas e validar ou não certas teorias, como as relativas à matéria e energia escuras, explica o CERN, em comunicado.

 

Fonte: http://www.publico.pt/ciencia/noticia/maior-acelerador-de-particulas-do-mundo-retoma-actividade-1691407

Cupratos ganham suas listras (Cuprates earn their stripes)

Esboço dos padrões estáticos para (a) ordem de carga 1D (listrado) e b) 2D (xadrez), dentro do plano 2D Cu-O. Fonte:  http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=39490.php

A comunidade de pesquisa canadense continua a liderar este campo científico com resultados inovadores e de grandes questões teóricas. O mais recente avanço responde a uma pergunta fundamental sobre a estrutura eletrônica microscópica dos cupratos supercondutores. Este resultado é o produto de uma estreita colaboração de longa data entre a University of British Columbia Quantum Matter Institute (UBC) e a Canadian Light Source (CLS).

Nos cupratos supercondutores, a onda de densidade de carga, na qual os elétrons assumem um padrão estático, diferente do padrão que a estrutura cristalina do material define, interage com a supercondutividade. Você também pode pensar os elétrons supercondutores como carros em uma estrada, todos se movendo na mesma velocidade e direção. Mas o estado de onda de densidade de carga age como um engarrafamento modelado: nenhum movimento, em qualquer lugar. 

Entender o que causa esse padrão é considerado um passo fundamental para compreender a supercondutividade, mas até mesmo determinar a natureza do padrão tem sido difícil. Os principais modelos teóricos preveem uma estrutura de linha paralela ou um padrão xadrez. Infelizmente, mesmo com técnicas avançadas, revelou-se impossível ver a diferença entre os dois modelos. Isto é, até os mais recentes resultados do Comin na Science, os quais mostram que o cuprato supercondutor em questão tem um padrão tipo listra ao invés de um tabuleiro de xadrez.

A equipe UBC-CLS utilizou uma abordagem experimental não convencional para reconstruir um modelo bidimensional do padrão estático de elétrons de 1D – bem como as reconstruções tomográficas utilizadas para fins médicos.

Esses resultados oferecem novos insights fundamentais que ajudam a aprimorar a busca da supercondutividade de temperatura ambiente. No entanto, as questões mais desafiadoras permanecem: Qual é a força motriz por trás da tendência dos elétrons se moverem juntos de forma coerente no estado supercondutor, e como pode a temperatura de transição ser melhorada? Apesar de quase 30 anos de história, o campo da supercondutividade de alta temperatura está mais vivo do que nunca.

Fonte1: http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=39490.php

Fonte2: http://www.sciencemag.org/content/347/6228/1335

Fazendo supercondutores mais resistentes (Making Superconductors Sturdier)

 

Joerg Harms/Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter

 

A resistência nula dos supercondutores torna estes materiais ideais para circuitos elétricos. No entanto, continuam a serem inviáveis, devido às baixas temperaturas em que operam. Isso acontece porque o estado supercondutor é altamente suscetível ao ruído térmico, o que perturba a ordem eletrônica de longo alcance necessária para manter a supercondutividade, induzindo uma transição para um estado não supercondutor na temperatura crítica. Agora Samuel Denny e colegas da Universidade de Oxford, propõem que com pulsos de radiação terahertz, os supercondutores poderiam permitir que sejam transitoriamente resfriados, reduzindo o impacto do ruído térmico.

       Os autores consideram o cuprato um material supercondutor modelo formado por camadas duplas empilhadas, onde os fluxos de corrente são perpendiculares às camadas. O material é então submetido a uma onda electromagnética na faixa do terahertz que excita modos de vibração do material (fônons). Estes, por sua vez, transferem sua excitação para os plásmons (excitações coletivas de elétrons), convertendo sua frequência. Ajustando a frequência (terahertz) de condução, os pesquisadores calculam que este sistema pode funcionar como um refrigerador, bombeando ativamente o calor para fora dos plásmons de baixa frequência. Isso ajuda a proteger de ruído térmico a ordem de longo alcance dos materiais e pode fazer a supercondutividade mais “robusta”. Por exemplo, mais corrente pode ser transportada através do material sem quebrar o estado supercondutor.

       O método proposto foi estudado para supercondutores já resfriados abaixo de suas temperaturas de transição e apenas se mantém eficaz por alguns picosegundos após a terahertz de condução ter sido desligada. Mas os autores sugerem que estratégias semelhantes, com base em técnicas de arrefecimento a laser, um dia pode ajudar a aumentar a temperatura crítica de um determinado material.

 

 

Fonte1: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.114.137001

 

Fonte2: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.137001

 

Estudo propõe nova maneira de medir flutuações em supercondutores (Study proposes new way to measure superconducting fluctuations)

Cientistas do Argonne propõe evidência teórica para uma nova flutuação em supercondutores, o que pode levar a uma forma de medir a temperatura exata em que começa supercondutividade e lançar luz sobre as propriedades mal compreendidas de materiais supercondutores acima dessa temperatura. Acima: picos são visíveis a temperaturas próximas de T_C, a temperatura na qual inicia a supercondutividade. Crédito:. Alexey Galda

Supercondutores são um quebra-cabeça antigo em física, e se tornou ainda mais tentador devido às aplicações tecnológicas muito valiosas destes materiais. A eletricidade está sendo deperdiçada ao seu redor; pouquíssimos sistemas elétricos usam a capacidade de forma eficiente, eles sempre perdem energia como calor que você sente quando o seu laptop ou telefone fica quente. Isso porque até mesmo os nossos melhores condutores, como o cobre, sempre perde eletricidade para a resistência. Supercondutores não. Quando resfriados a temperatura de funcionamento, nunca perdem a eletricidade.

Este é o tipo de propriedade única que pode estimular completamente novos campos de invenção, e eles possuem ressonâncias magnéticas, torres de telefonia celular e Maglev, todos usando supercondutores. Mas eles não estão presentes em cada linha de transmissão devido a um grave problema logístico: a sua temperatura de funcionamento é -270 °F ou menos, por isso têm de ser resfriados com hélio ou nitrogênio líquido.

Materiais supercondutores têm muitas outras propriedades interessantes. Por exemplo, os cientistas descobriram que o fluxo de energia entre dois supercondutores, separadas por um fino material não condutor (chamado de junção Josephson) pode ser extremamente sensível à radiação de microondas externa. Um único fóton pode desencadear o fluxo de eletricidade através de um tal dispositivo apenas quando a tensão certa é aplicada. Este efeito singular, chamado de tunelamento ressonante, permite uma tão elevada precisão de medida que é utilizado para a sequenciação de DNA e criptografia quântica. O mesmo fenômeno determinou o padrão internacional de tensão ao longo de décadas.

O problema é que nós ainda não sabemos completamente como supercondutores funcionam, e se queremos realizar seu pleno potencial, precisamos entender.

Para explorar os supercondutores, uma das coisas que os cientistas fazem é reorganizá-los em todos os tipos de novas maneiras para empilhá-los em camadas, perfurar buracos e cortá-los em fios de apenas 50 nanômetros de espessura, por exemplo.

Estas novas disposições mudam a forma como os materiais se comportam, incluindo propriedades essenciais como a temperatura exata em que eles se tornam supercondutores, chamada de temperatura crítica (T_C).

“Até agora”, disse Valerii Vinokur, “o campo não tem um padrão, uma forma precisa de medir a T_C.”

Uma das coisas que sabemos é que ilhas de vida curta da supercondutividade podem se formar em um material um pouco acima da T_C. Estas regiões esporadicamente emergentes desaparecem rapidamente, chamadas de flutuações supercondutoras, espelham de uma forma ou de outra a maioria das propriedades supercondutoras do material em temperaturas abaixo de T_C. Apesar disso, as flutuações supercondutoras permanecem mal-entendidas, tanto que até mesmo medir sua vida tem sido um desafio. Vinokur e colaboradores propuseram um efeito que espelha o tunelamento ressonante acima da T_C que é forte o suficiente para medir, e mais importante, fica mais nítido quando a temperatura se aproxima de T_C.

Se verificado por meio de experimento, isso seria uma nova ferramenta de alta precisão para medir as propriedades fundamentais das flutuações supercondutoras e fornecer uma maneira de medir com mais precisão onde T_C reside para cada material.

“Cada nova ferramenta no estudo da supercondutividade é absolutamente inestimável - traz mais precisão para o campo”, disse Galda.

“Isso também nos permitiria estudar as flutuações de forma mais ampla”, disse ele.

As flutuações, segundo Galda, são interessantes porque podem ajudar os pesquisadores a mapear os comportamentos microscópicos de materiais, que são provavelmente a chave para o porquê e como materiais agem da maneira que agem. As flutuações são influenciadas por um número de fenômenos diferentes; uma ferramenta para desvendar pelo menos uma variável do conjunto ajudaria os pesquisadores a desvendar as contribuições dos outros.

“Saber quanto tempo as flutuações vivem é muito importante e tem sido difícil determinar experimentalmente”, disse Vinokur.

Fonte1: http://phys.org/news/2015-03-superconducting-fluctuations.html

Fonte2: http://www.nature.com/srep/2015/150209/srep08315/full/srep08315.html

Corrigindo erros quânticos em circuitos supercondutores (Correcting quantum errors in superconducting circuits)

a) O código de repetição é uma variante unidimensional (1D) do código de superfície, e é capaz de proteger contra erros (bit-flip). O código é implementado usando um padrão alternado de dados e medição de qubits. b) Micrografia óptica do dispositivo quântico supercondutor, que consiste em nove qubits “transmon” com controle e medição individual. c) O algoritmo do código de repetição utiliza repetidas operações de medidas e de emaranhamento que detectam bit-flips, utilizando o esquema de paridade no lado direito. Usando o output a partir dos qubits medidos durante a repetição do código para detecção de erro, o estado inicial pode ser recuperado removendo erros físicos no software. Texto e imagem: Nature

         Os computadores quânticos do futuro serão construídos a partir de um grande número de bits quânticos (qubits), que deverão estar em certos estados quânticos. No entanto, esses estados são extremamente frágeis e facilmente destruídos por “erros de bits” vindos do ruído externo no ambiente, e os físicos ainda não conseguiram criar qubits robustos o suficiente para serem usados em uma máquina prática. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara e da Google construíram um sistema de nove qubits em um circuito supercondutor que é robusto a esses erros e as suas experiências mostram que a correção de erro quântico poderia agora ser realisticamente possível em um dispositivo.

        Os pesquisadores, liderados por John Martinis, construíram um circuito quântico supercondutor que consiste em nove qubits. Cada qubit é um pequeno circuito constituído por um condensador e um indutor não-linear (chamado cruzamento Josephson), que atua como um átomo artificial. Os materiais que compõem o conjunto são uma película de alumínio depositada em um substrato de safira.

        “Nosso sistema de nove qubits pode proteger-se de erros de bits que inevitavelmente surgem do ruído e flutuações do ambiente em que os qubits estão incorporados”, explica o membro da equipe de Julian Kelly. “Mostramos também que ‘mais é melhor’: nove qubits protege o sistema melhor do que cinco qubits, um requisito fundamental quando vai para mais qubits em um computador quântico real do futuro”.

Estados quânticos são frágeis

        Os computadores quânticos vão funcionar com base no princípio de que uma partícula quântica pode estar em uma superposição de dois estados ao mesmo tempo – ‘spin up’ e ‘spin down’ no caso de um elétron, por exemplo. Os dois estados representam um ‘1’ e ‘0’, de modo que N partículas - os qubits - podem ser combinados, ou ‘emaranhados’, para representar valores 2N simultaneamente. Isso levaria ao processamento paralelo de informação em grande escala, o que não é possível com os computadores convencionais.

        Tais máquinas quânticas teriam um desempenho muito melhor em determinadas tarefas, como a aprendizagem de máquina ou simulação de moléculas complexas, por exemplo, porque suas velocidades de processamento devem crescer exponencialmente com o número de qubits de informação envolvidos. Na prática, porém, os físicos têm se esforçado para criar até mesmo o computador quântico mais simples, porque a fragilidade desses estados quânticos significa que eles são facilmente destruídos e são difíceis de controlar.

Paridade de medição

        “Na mecânica quântica, não podemos medir um qubit sem destruir a superposição e emaranhamento que faz com que a mecânica quântica funcione”, diz o membro da equipa Rami Barends, “mas podemos medir algo chamado paridade, que forma a base da correção de erro quântico”.

        Os pesquisadores exploraram esse fato e repetidamente mediram a paridade entre ‘dados’ de qubits adjacentes, fazendo uso de qubits de ‘medição’. “Cada ciclo, estes qubits de medição interagem com seus qubits de dados circundantes, através de portas lógicas quânticas e então podemos medi-los”, diz Kelly. “Quando ocorre um erro, a paridade muda de acordo e o qubit de medição relata um resultado diferente. Ao acompanhar esses resultados, podemos descobrir quando e onde ocorreu um erro de bit”.

Identificação e correção de erros

        Um número maior de qubits fornece mais informações para identificar e corrigir os erros, acrescenta Austin Fowler, membro da equipe. “Erros podem ocorrer a qualquer momento e em todos os tipos de qubits: qubits de dados, qubits de medição, durante a operação da porta e até mesmo durante a medida. Descobrimos que um dispositivo de cinco qubits é robusto para qualquer tipo de erro de bit que ocorre em qualquer lugar durante um algoritmo, mas um dispositivo de nove qubits é melhor porque é robusto para qualquer combinação de dois erros de bit”.

        Embora ainda muito longe de aplicações no mundo real, os pesquisadores dizem que um dispositivo de ‘auto-correção’ como o deles poderia ser uma ótima plataforma para testar algumas das ideias por trás da correção de erros - como proteger um estado quântico contra os famosos erros de phase-flip. “Nós também estamos agora ocupados em melhorar a qualidade dos nossos qubits e os materiais que usamos para fazê-los”, diz Kelly.

John Martinis e vários outros especialistas descrevem os benefícios e desafios da computação quântica em um podcast que apareceu pela primeira vez no site physicsworld.com: “A computação quântica: Desafios, triunfos e aplicações”.

Fonte1: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/60428

Fonte2: http://www.nature.com/nature/journal/v519/n7541/full/nature14270.html