No estranho mundo da física , o impossível é sempre possível. Mas, nos últimos tempos, muitos cientistas conseguiram superar até mesmo esta advertência e alcançaram algumas inovações espetaculares.
10 Frieza que viola a lei
No passado, os cientistas não conseguiam resfriar um objeto além de uma barreira chamada “limite quântico”. [1] Para tornar algo gelado, um laser deve desacelerar seus átomos e suas vibrações produtoras de calor. Ironicamente, a luz laser traz calor ao negócio. Apesar de baixar a temperatura, também evita que ela caia abaixo do limite quântico. Surpreendentemente, os físicos projetaram um tambor de alumínio vibrante e conseguiram baixar sua temperatura para 360 microKelvin, ou 10.000 vezes mais refrigerado do que as profundezas do espaço . O tambor media 20 micrômetros de diâmetro (um fio de cabelo humano tem 40–50 micrômetros), e o experimento desafiou o famoso limite.
Antes considerada impossível, a descoberta foi uma nova técnica de laser que pode “espremer” a luz, direcionando as partículas com uma estabilidade mais intensa em uma direção. Isso removeu as flutuações do laser que adicionavam calor. O tambor é o objeto mecânico mais frígido já registrado, mas não a matéria mais fria, que é um condensado de Bose-Einstein. Mesmo assim, a conquista poderá um dia desempenhar um papel na electrónica super-rápida e ajudar a desvendar os comportamentos mais estranhos do mundo quântico que aparecem quando os materiais se aproximam dos seus limites físicos.
9 A luz mais brilhante
O brilho do nosso próprio Sol já é digno de nota. [2] Agora, imagine a luz combinada de um bilhão de Sóis. Isso é quase o equivalente ao que os físicos recentemente trouxeram à vida em um laboratório. Oficialmente a luminosidade mais brilhante já vista na Terra, a luz também se comportou de maneira inesperada. Mudou a aparência dos objetos.
Para entender isso, é preciso observar como funciona a visão. Os fótons precisam se dispersar dos elétrons antes que a visão se torne possível. Em circunstâncias normais, os elétrons colidem com um fóton de cada vez. Quando algo fica mais claro, a forma geralmente permanece a mesma que na luz mais fraca. O poderoso laser usado no experimento dispersou impressionantes 1.000 fótons. Como espalhamento é igual a visibilidade, a intensidade em que ocorreu mudou a forma como os fótons se comportavam e, consequentemente, como um objeto iluminado é percebido. Este estranho efeito tornou-se mais óbvio quando a superluz solar ficou mais forte. Como a energia e a direção normais dos fótons foram alteradas, a luz e as cores foram produzidas de maneiras incomuns.
8 Buraco Negro Molecular
Uma equipe de físicos criou recentemente algo que se comportava como um buraco negro. [3] Eles implantaram o laser de raios X mais poderoso que existe, a Linac Coherent Light Source (LCLS), para eliminar moléculas de iodometano e iodobenzeno. Os pesquisadores esperavam que o feixe retirasse a maior parte dos elétrons do átomo de iodo da molécula, deixando um vácuo. Em experimentos com lasers mais fracos, esse vazio aspirou elétrons da parte mais externa do átomo. Quando o LCLS aconteceu, o esperado aconteceu – seguido por algo surpreendente. Em vez de parar sozinho, o átomo de iodo começou a consumir elétrons dos átomos vizinhos de hidrogênio e carbono. Era como um minúsculo buraco negro dentro de uma molécula.
As explosões subsequentes eliminaram os elétrons roubados, mas o vazio sugou um pouco mais. O ciclo foi repetido até que toda a molécula explodisse. O átomo de iodo foi o único átomo que se comportou assim. Maior que o resto, absorveu uma enorme quantidade de energia de raios X, perdendo os seus electrões originais. A perda deixou o átomo com uma carga positiva forte o suficiente para retirar os elétrons dos átomos menores.
7 Hidrogênio Metálico
Tem sido chamado de “Santo Graal da física de alta pressão”, mas até agora nenhum cientista conseguiu forjar o hidrogênio metálico. [4] Como possível supercondutor, é uma forma muito procurada do elemento normalmente gasoso. A possibilidade de transformar o hidrogênio em metal foi proposta pela primeira vez em 1935. Os físicos teorizaram que uma pressão enorme poderia causar a transformação. O problema era que ninguém conseguia produzir esse tipo de pressão extrema.
Em 2017, uma equipe dos EUA aprimorou uma técnica antiga e deu vida ao material teórico pela primeira vez. Experimentos anteriores foram realizados dentro de um dispositivo chamado bigorna de diamante. A força é gerada usando dois diamantes sintéticos opostos um ao outro, mas eles sempre quebram no ponto crítico. Os físicos usaram a câmara celular, mas desenvolveram um novo processo de modelagem e polimento que evitou as temidas fraturas. O dispositivo foi então capaz de produzir uma pressão impressionante: mais de 71,7 milhões de libras por polegada quadrada. Nem mesmo no centro da Terra se encontra tal compressão.
6 Chip de computador com células cerebrais
Quando se trata da força vital da eletrônica, a luz poderá um dia substituir a eletricidade. [5] Os físicos compreenderam o potencial da luz a este respeito há décadas, quando se tornou claro que as suas ondas podiam viajar próximas umas das outras e, assim, realizar uma infinidade de tarefas ao mesmo tempo. A eletrônica tradicional depende de transistores para abrir e fechar caminhos para a eletricidade, limitando o que pode ser feito. Uma notável invenção recente foi um chip de computador que imita o cérebro humano. Ele “pensa” rapidamente usando raios de luz que interagem entre si, de maneira análoga aos neurônios.
No passado, foram criadas redes neurais mais simples, mas o equipamento abrangia diversas mesas. Qualquer coisa menor foi considerada impossível . Feito de silicone, o novo chip mede alguns milímetros de diâmetro e computa com 16 neurônios. A luz do laser entra no chip e então se divide em feixes que sinalizam números ou informações variando em brilho. A intensidade dos lasers que saem dá a resposta ao processamento de números ou a qualquer informação para a qual foi solicitada uma solução.
5 Forma Impossível de Matéria
Diga olá aos supersólidos. [6] Este excêntrico não é tão difícil quanto o nome indica. Em vez disso, o material bizarro tem a estrutura cristalina rígida de todos os sólidos, ao mesmo tempo que parece ser um fluido. Este paradoxo foi destinado a permanecer não realizado porque vai contra a física conhecida. Em 2016, porém, duas equipes científicas independentes produziram matéria com as marcas registradas de um supersólido. Incrivelmente, ambos usaram abordagens diferentes para fazer o que muitos pensavam que nem uma única técnica poderia conseguir.
Os cientistas suíços criaram um condensado de Bose-Einstein (a matéria mais fria de todos os tempos) resfriando a vácuo o gás rubídio até o extremo gelado. O condensado foi então movido para um dispositivo de câmara dupla, cada câmara contendo pequenos espelhos opostos. Os lasers encorajaram uma transformação e as partículas responderam organizando-se no padrão cristalino de um sólido, enquanto o material mantinha a sua fluidez. Os americanos chegaram à mesma estranha matéria híbrida , mas criaram seu condensado após tratarem átomos de sódio com resfriamento evaporativo e lasers. Em seguida, eles usaram lasers para alterar a densidade dos átomos até que a estrutura cristalina aparecesse na amostra líquida.
4 Fluido de Massa Negativa
Em 2017, os físicos projetaram algo incompreensível : uma forma de matéria que se move em direção à força que a empurrou. [7] Embora não seja exatamente um bumerangue, tem o que se chamaria de massa negativa. Massa positiva é a normalidade com a qual a maioria das pessoas está acostumada: você empurra algo e o objeto acelera na direção em que foi empurrado. Pela primeira vez, foi criado um fluido que se comporta de maneira diferente de tudo que alguém já viu no mundo físico. Quando empurrado, acelera para trás.
Mais uma vez, um condensado de Bose-Einstein foi retirado do gelo dos átomos de rubídio. Os cientistas agora tinham um superfluido com massa regular. Eles reuniram seus átomos firmemente com lasers. Então, um segundo conjunto de lasers incitou os átomos a alterar a forma como giram. Quando liberado do aperto firme dos primeiros lasers, um fluido normal teria se espalhado para fora e para longe de seu centro, o que basicamente faz o empurrão. O superfluido de rubídio alterado, a uma velocidade suficientemente rápida, não se espalhou quando liberado, mas parou em uma exibição de massa negativa.
3 Cristais do Tempo
Quando Frank Wilczek, um físico ganhador do Prêmio Nobel, sugeriu cristais do tempo, a ideia parecia maluca – especialmente a parte de que eles poderiam produzir movimento no estado fundamental, o nível mais baixo de energia na matéria. [8] O movimento é teoricamente impossível porque a energia é necessária onde há pouca ou nenhuma. Wilczek acreditava que o movimento perpétuo poderia ser alcançado invertendo o alinhamento do átomo de um cristal dentro e fora do estado fundamental. A estrutura atômica de tal objeto se repetiria no tempo, produzindo comutação constante sem necessidade de energia. Isto ia contra as leis da física , mas em 2017, cinco anos depois de Wilczek ter imaginado esta matéria bizarra, os físicos descobriram como fazê-la.
Uma equipe manipulou dez íons de itérbio interconectados com dois lasers. Um formou um campo magnético, enquanto o segundo ajustou a rotação dos átomos até que ocorresse a inversão de Wilczek. Em Harvard, nasceu um cristal do tempo quando impurezas de nitrogênio foram transformadas em diamantes. Mesmo que os cristais do tempo sejam agora aceitos e não apenas uma teoria maluca , eles precisam ser eletrocutados periodicamente para continuarem girando. Eles podem não ser os dispositivos perpétuos de Wilczek, mas os cristais do tempo permanecem diferentes de tudo que os pesquisadores já estudaram.
2 Espelhos Bragg
Um espelho de Bragg não pode refletir muito e tem um tamanho delicado de 1.000 a 2.000 átomos. [9] Mas pode refletir luz, o que o torna útil em locais onde são necessários os menores espelhos, como dentro de eletrônicos avançados . A forma não é convencional; os átomos ficam suspensos no vácuo, parecendo um colar de contas. Em 2011, um grupo alemão criou o mais reflexivo até hoje (80%) ao gravar com laser um aglomerado de dez milhões de átomos em um padrão de rede.
Desde então, as equipas dinamarquesas e francesas condensaram enormemente o número de átomos necessários. Em vez de destruir átomos agrupados, eles os amarraram próximos a fibras ópticas microscópicas. Quando espaçados corretamente, a condição de Bragg se aplica – refletindo um comprimento de onda de luz diretamente de volta ao seu ponto de origem. Quando a luz foi transmitida, parte escapou da fibra e atingiu os átomos. As cordas dinamarquesas e francesas refletiram cerca de 10 e 75 por cento, respectivamente, mas ambas devolveram a luz pela fibra na direção oposta. Além de prometer avanços ilimitados na tecnologia, também poderá um dia ser útil em dispositivos quânticos mais estranhos , uma vez que os átomos também usaram o campo de luz para interagir uns com os outros.
1 Ímã 2-D
Os físicos têm tentado fazer um ímã 2-D desde a década de 1970, mas sempre fracassaram. [10] Um verdadeiro ímã 2-D manterá suas propriedades magnéticas mesmo depois de ter sido reduzido ao estado que o torna bidimensional – uma camada com apenas um átomo de espessura. Os cientistas começaram a duvidar se tal ímã fosse mesmo possível.
Em junho de 2017, os pesquisadores escolheram o triiodeto de cromo em sua tentativa de finalmente criar um ímã 2-D. O composto era atraente por vários motivos: era um cristal em camadas, perfeito para desbaste e dotado de um campo magnético permanente, e seus elétrons tinham uma direção de rotação preferida. Esses foram pontos positivos críticos que ajudaram o triiodeto de cromo a permanecer magnético, mesmo depois que o cristal foi descascado até sua última camada de átomos.
O primeiro ímã 2-D real do mundo surgiu a uma temperatura surpreendentemente quente de –228 graus Celsius (–378 °F). Ele deixou de ser um ímã quando uma segunda camada foi substituída, mas recuperou suas propriedades novamente quando uma terceira e quarta folhas foram adicionadas. No momento, não funciona em temperatura ambiente e o oxigênio o danifica. Apesar da sua fragilidade, os ímanes 2-D permitirão aos físicos realizar experiências que até agora não eram possíveis.
Leia sobre mais realidades impossíveis em 10 coisas aparentemente impossíveis tornadas possíveis pela ciência e “10 tecnologias implausíveis da ficção que estão a caminho ” .
