sábado, 27 de abril de 2013

Desde o princípio dos tempos, o homo sapiens desviava sua atenção aos céus!



Física Atômica e Molecular: uma introdução Para colisões com átomos mais pesados, nem ccc / RMPS conseguem fornecer boa descrição dos resultados experimentais existentes. O motivo é que não incluem efeitos relativísticos em suas aproximações. Deixem-me tentar explicar com auxílio de uma comparação. Imagine um cometa, ou um satélite - ou mesmo uma nave espacial - se aproximando de um planeta, mas com incidência em diagonal, de modo a evitar a colisão com ele, apenas passando próximo. Na medida em que a nave "cai" sobre o planeta, sua velocidade vai aumentando, devido à atração gravitacional. É exatamente essa velocidade (ou melhor, essa energia cinética adquirida) que permitirá à nave "escapar" da atração gravitacional do planeta, depois de passar próxima dele. Imagine agora que o planeta tenha uma massa gigantesca. Então, a nave será fortemente atraída, sua velocidade crescerá enormemente e - com sorte - tangenciará a atmosfera e escapará do outro lado. Em certa medida, é o que ocorre com um elétron ao colidir com um átomo pesado: sua velocidade poderá crescer a ponto de atingir fração da velocidade da luz, quando deixam de ser válidos os conceitos da mecânica de Newton, e novos efeitos, previstos acertadamente pela teoria da relatividade especial de Einstein - os efeitos relativístivos - devem ser levados em consideração.

















Desde o princípio dos tempos, o homo sapiens desviava sua atenção aos céus contemplando a infinidade de estrêlas que se espalham, agrupam, brilham em todas as direções. É inevitável que perguntas lhe venham vindo à mente, tais como se há vida em outros planetas, se algum dia poderia visitar outros sistemas estelares, e o que encontraria por lá...Esse é apenas um exemplo do tipo de curiosidade que levou o ser humano a experimentar, controlar o fogo, criar artefatos, preparar novos materiais. Tal característica o diferenciou das outras espécies vivas da Terra, e apesar dos muitos problemas que continuamos vivendo em nossos dias, não se pode negar que a trajetória do homo sapiens enquanto espécie animal foi e continua a ser simplesmente espetacular.







No exterior de uma estrela, a temperatura é muito elevada (milhares de graus centígrados), e os gases que compoem sua atmosfera encontram-se num estado físico que chamamos plasma, uma espécie de "sopa muito quente" composta basicamente de átomos neutros, átomos que perderam um ou mais elétrons (íons), e elétrons. Processos violentos podem ocorrer (como a mancha solar mostrada ao lado). A compreensão dos complexos processos físicos que ocorrem numa estrela dependem do conhecimento de grandezas físicas como as seções de choque descrevendo colisões de elétrons por átomos ou íons (esse é um ramo da Física Atômica, e nossa área atual de pesquisa).
Figura 3. Nossa estrela, o Sol, mostrando uma mancha solar.
As dimensões da mancha são impressionantes: 590 mil quilômetros.
Para comparação, o raio da Terra é de 6 mil quilômetros.
Foto obtida pela estação espacial Skylab, NASA.


Figura 5. O tokamak, dispositivo de confinamento
de plasma visando a fusão nuclear controlada,
simulação computacional, Departamento de
Engenharia Nuclear, Univ. de Berkeley, USA.


Conseguiu-se fazer uso pacífico de tais potencialidades: o controle da reação de fissão nuclear possibilitou a construção de usinas termo-nucleares. Nelas, o "combustível" fissiona, mas a uma taxa constante e baixa. Mas foram gerados alguns problemas. O lixo atômico (restos da reação de fissão) geralmente é constituído de material radioativo (isto é, que emite expontaneamente radiações alfa, beta e gama, danosas aos seres vivos, por milhares de anos), que tem que ser acondicionado em caixas de chumbo ou concreto e isolado do contato humano. Também há riscos de vazamentos nas usinas nucleares. De outro lado, tem sido investido muito em projetos (como ostokamaks e z-pinch) visando construir um reator em que a fusão ocorra de modo controlado. Até agora os resultados são negativos.O que torna o projeto extremamente tentador é que o combustível - basicamente, hidrogênio - pode ser extraído da água do mar, logo é barato, não apresentando os inconvenientes de produção de lixo radioativo. No entanto, segundo alguns pesquisadores da área, conseguir manter o plasma confinado nas condições de ocorrer a reação de fusão é tão difícil quanto colocar um copo cheio de água com a boca para baixo sem que a água caia (isto é, sua superfície teria que ficar perfeitamente plana, sem oscilações, que caso existissem seriam reforçadas pela gravidade levando o líquido a cair). Mas parece que há perspectivas positivas, com resultados talvez num prazo de dez anos.

Na Física de Lasers as seções de choque também têm sua relevância. É muito usado, por exemplo, o laser de hélio-neônio. A luz desse laser é produzida após excitação do gás por uma corrente elétrica, isto é, através de colisões de elétrons com os átomos do gás. O laser (o nome é uma sigla, vem de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificação da luz por emissão estimulada de radiação) chegou a ser chamado "uma solução à procura de um problema", dado às inúmeras possibilidades de sua aplicação. Nos nossos dias, pesquisas na área de Ótica não-linear envolvendo lasers buscam, através do uso de fenômenos como a bi-estabilidade ótica (e memória ótica), construir um computador de luz, que utilize - ao invés de correntes elétricas em fios e dispositivos semicondutores como os atuais computadores - luz (de laser) propagando-se em fibras óticas e dispositivos óticos. Observe-se que cada fibra ótica pode transmitir ao mesmo tempo luz de várias frequências, portanto um computador de luz teria as condições ideais para executar processamento paralelo. Estima-se que com os computadores de luz a velocidade de processamento poderia ser aumentada mil vezes em relação aos computadores atuais.....

Nenhum comentário:

Postar um comentário