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Uma conquista histórica na revelação das forças fundamentais do universo no Grande Colisor de Hádrons

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Uma conquista histórica na revelação das forças fundamentais do universo no Grande Colisor de Hádrons

Com base no seu extenso envolvimento com o CERN, a equipe da Universidade de Rochester alcançou recentemente medições “incrivelmente precisas” do ângulo de mistura eletrofraca, um componente crítico do Modelo Padrão da física de partículas. Crédito: Samuel Joseph Herzog. Julian Marius Urdan

Pesquisadores da Universidade de Rochester trabalhando com a Colaboração CMS em CERNfizeram grandes progressos na medição do ângulo de mistura eletrofraca, avançando nossa compreensão do Modelo Padrão da física de partículas.

O seu trabalho ajuda a explicar as forças fundamentais do universo, apoiado por experiências como as do Large Hadron Collider, que investigam condições semelhantes às que ocorreram após o Big Bang. a grande explosão.

Descubra segredos globais

Na busca para desvendar os segredos do universo, investigadores da Universidade de Rochester têm estado envolvidos durante décadas em colaborações internacionais na Organização Europeia para a Investigação Nuclear, mais conhecida como CERN.

Com base no seu amplo envolvimento no CERN, especialmente na colaboração CMS (Compact Muon Solenoid), a equipe de Rochester – liderada por Ari Budek, George E. Buck – uma conquista inovadora recente. Sua realização se concentra na medição do ângulo de mistura eletrofraca, um componente fundamental do Modelo Padrão da física de partículas. Este modelo descreve como as partículas interagem e prevê com precisão uma ampla gama de fenômenos na física e na astronomia.

“As medições mais recentes do ângulo de mistura eletrofraca são incrivelmente precisas, calculadas a partir de colisões de prótons no CERN, e avançam na compreensão da física de partículas”, diz Budick.

o Colaboração em um sistema de gerenciamento de conteúdo A Colaboração CMS reúne membros da comunidade de física de partículas de todo o mundo para compreender melhor as leis fundamentais do universo. Além de Bodek, o grupo Rochester no projeto CMS Collaboration inclui os investigadores principais Regina DeMina, professora de física, e Aran Garcia Bellido, professor associado de física, juntamente com bolsistas de pós-doutorado e alunos de graduação e pós-graduação.

Experiência CERN CMS

Os pesquisadores da Universidade de Rochester têm uma longa história de trabalho no CERN como parte da Colaboração Compact Muon Solenoid (CMS), incluindo o desempenho de papéis importantes na descoberta do bóson de Higgs em 2012. Direitos autorais: Samuel Joseph Herzog; Julian Marius Urdan

O legado de descoberta e inovação no CERN

Localizado em Genebra, na Suíça, o CERN é o maior laboratório de física de partículas do mundo e é famoso pelas suas descobertas pioneiras e experiências de ponta.

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Os pesquisadores de Rochester têm uma longa história de trabalho no CERN como parte da colaboração CMS, inclusive desempenhando papéis importantes em Descoberta do bóson de Higgs em 2012– Uma partícula elementar que ajuda a explicar a origem da massa no universo.

O trabalho da colaboração inclui a coleta e análise de dados coletados do detector solenóide de múon compacto do Large Hadron Collider (LHC) do CERN, o maior e mais poderoso acelerador de partículas do mundo. O LHC consiste em um anel de 27 quilômetros de extensão de ímãs supercondutores e estruturas aceleradoras construídas no subsolo e que se estendem pela fronteira entre a Suíça e a França.

O objetivo principal do LHC é explorar os blocos básicos de construção da matéria e as forças que os governam. Isto é conseguido acelerando feixes de prótons ou íons próximos à velocidade da luz e colidindo uns com os outros a energias extremamente altas. Estas colisões recriam condições semelhantes às que existiram milissegundos após o Big Bang, permitindo aos cientistas estudar o comportamento das partículas sob condições extremas.

Descubra as forças unificadas

No século XIX, os cientistas descobriram que as diferentes forças da eletricidade e do magnetismo estão interligadas: um campo elétrico variável produz um campo magnético e vice-versa. Esta descoberta formou a base do eletromagnetismo, que descreve a luz como uma onda e explica muitos fenômenos em óptica, além de descrever como os campos elétricos e magnéticos interagem.

Com base neste entendimento, na década de 1960 os físicos descobriram que o eletromagnetismo está relacionado com outra força, a força fraca. A força fraca opera dentro do núcleo dos átomos e é responsável por processos como o decaimento radioativo e a produção de energia solar. Esta descoberta levou ao desenvolvimento da teoria eletrofraca, que postula que o eletromagnetismo e a força fraca são, na verdade, manifestações de baixa energia de uma força unificada chamada interação eletrofraca unificada. Descobertas importantes, como o bóson de Higgs, confirmaram este conceito.

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Desenvolvimentos na interação eletrofraca

A equipe do CMS fez recentemente uma das medições mais precisas desta teoria, analisando bilhões de colisões de prótons no Grande Colisor de Hádrons do CERN. O foco deles estava na medição do ângulo de mistura fraco, um parâmetro que descreve como o eletromagnetismo e a força fraca se misturam para formar partículas.

Medições anteriores do ângulo de mistura eletrofraca geraram controvérsia na comunidade científica. No entanto, os resultados mais recentes estão estreitamente alinhados com as previsões do Modelo Padrão da física de partículas. O estudante de pós-graduação de Rochester, Rhys Tawse, e o pesquisador de pós-doutorado Aliko Khokhonishvili aplicaram novas técnicas para reduzir as incertezas metodológicas inerentes a esta medição e aumentar sua precisão.

A compreensão do fraco ângulo de mistura esclarece como as diferentes forças do universo trabalham juntas nas menores escalas, aprofundando a compreensão da natureza fundamental da matéria e da energia.

“A equipe de Rochester vem desenvolvendo técnicas inovadoras e medindo esses parâmetros elétricos fracos desde 2010 e depois implementando-os no Large Hadron Collider”, diz Budick. “Essas novas técnicas anunciaram uma nova era de testes de precisão das previsões do Modelo Padrão.”

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Galáxias anãs desaparecidas perto da Via Láctea encontradas no pior lugar: ScienceAlert

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Galáxias anãs desaparecidas perto da Via Láctea encontradas no pior lugar: ScienceAlert

A Via Láctea não está sozinha em seu cantinho do universo.

Galáxias anãs pequenas e fracas, algumas com apenas mil estrelas, orbitam a nossa vizinhança cósmica em órbitas longas e graciosas. Não está claro exatamente quantas destas galáxias existem, mas presume-se que o seu número seja muito maior. 60 ou mais Nós encontramos até agora.

Os astrónomos conseguiram recentemente identificar mais dois destes planetas menores, mas esta notícia não resolve o problema como se poderia pensar. Agora parece que existem muitos deles.

Isto acontece porque as novas luas, denominadas Virgo 3 e Sextance 2, foram descobertas numa região do espaço já repleta de mais galáxias anãs do que os modelos de matéria escura prevêem.

“Incluindo quatro satélites anteriormente conhecidos, há um total de nove satélites na banda HSC-SSP.” Escreva uma equipe liderada por Daisuke Homma Observatório Astronômico Nacional do Japão.

“A taxa de detecção de anãs muito ténues é muito superior à taxa prevista pelos modelos modernos para o número de luas da Via Láctea esperada nos modelos de matéria escura fria, sugerindo que estamos perante um problema de ‘demasiados satélites’.”

Locais das duas galáxias anãs recém-descobertas. (Universidade NAOJ/Tohoku)

A matéria escura é algo invisível e desconhecido no universo que contribui para um aumento da gravidade que não pode ser atribuído à matéria comum. As galáxias, incluindo a Via Láctea, estão saturadas e rodeadas por este material misterioso, dando mais velocidade à rotação galáctica e mais força gravitacional para atrair, reter e eventualmente devorar galáxias satélites.

Com base em modelos de matéria escura na Via Láctea, os astrónomos prevêem que a galáxia deve conter muito mais galáxias anãs do que as que foram descobertas até agora. Isto não significa necessariamente que estas galáxias não existam, e os cientistas não poupam esforços para tentar encontrá-las no escuro.

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Os modelos baseados na matéria escura também nos dão previsões bastante detalhadas sobre quantas galáxias lunares deveríamos esperar ver em locais específicos, e é aqui que Virgo III e Sexton II representam um problema.

Homma e seus colegas estudaram dados do Hyper Suprime-Cam (HSC) do Programa Estratégico Subaru (SSP) para estudar parte do espaço, em busca de galáxias satélites pertencentes à Via Láctea. De acordo com os modelos de matéria escura, deveria haver cerca de quatro galáxias anãs lunares naquela parte do céu.

Localização de Virgem III.Universidade NAOJ/Tohoku)

Com a descoberta das duas novas galáxias, o número total de satélites naquela região aumenta para nove. Mesmo antes da descoberta das duas galáxias, o número de satélites ali era demasiado elevado para ser explicado.

Mudar as coisas de lugar – excluindo a clássica galáxia anã Sextans, por exemplo, ou adotando um modelo diferente para prever quantas luas deveríamos ver – também não resolve o problema.

O melhor modelo prevê atualmente que existem cerca de 220 galáxias anãs orbitando a Via Láctea. Se aplicarmos a distribuição que encontramos na pegada HSC-SSP ao resto do espaço que rodeia a nossa galáxia, este número total estaria na verdade mais próximo de 500 satélites.

Mas é possível que a pegada HSC-SSP contenha uma concentração maior de satélites do que na parte média do espaço. A única maneira de determinar se este é o caso é continuar a olhar para outras partes do céu e contar as galáxias anãs que encontramos lá.

“O próximo passo é usar um telescópio mais poderoso que capture uma visão mais ampla do céu.” diz o astrônomo Masashi Chiba Da Universidade de Tohoku. “Próximo ano, Observatório Vera C. Rubin “As novas galáxias lunares no Chile serão utilizadas para este propósito. Espero que muitas novas galáxias lunares sejam descobertas.”

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A pesquisa foi publicada em Publicações da Sociedade Astronômica Japonesa.

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Firefly está construindo coisas rápidas e de ponta para criar um foguete reutilizável

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Firefly está construindo coisas rápidas e de ponta para criar um foguete reutilizável
Mais Zoom / Uma versão beta do motor Miranda da Firefly é executada em uma bancada de testes em Briggs, Texas.

Firefly Aeroespacial

BRIGGS, Texas – Um novo foguete de média elevação que está sendo desenvolvido pela Firefly Aerospace e Northrop Grumman eventualmente incluirá um propulsor recuperável que retornará ao seu local de lançamento na Virgínia para reutilização.

A Firefly já havia sugerido que a reutilização dos foguetes estava no roteiro do novo foguete – conhecido até agora como Veículo de Lançamento Médio (MLV) – mas as autoridades revelaram novos detalhes do plano durante uma recente visita da Ars à fábrica de foguetes Firefly em. zona rural central do Texas.

“A Northrop e a Firefly têm uma opinião semelhante, de que a reutilização desta classe de mísseis é um pré-requisito por vários motivos”, disse o CEO da Firefly, Bill Weber. “Economicamente, isso se torna uma vantagem porque não precisamos construir espaço terrestre adicional. … Da mesma forma, começa. A estrutura de preços para os clientes deverá se tornar muito competitiva, o que adoramos, e estaremos na metade do caminho.”

A Firefly é uma das várias empresas que correm para lançar novos foguetes de médio alcance, todos eles pelo menos parcialmente reutilizáveis. A Rocket Lab, talvez a empresa mais dominante na categoria Firefly, está desenvolvendo o foguete Neutron enquanto continua a lançar o foguete Electron menor, que já acumulou 50 missões. A Relativity Space, uma empresa privada bem financiada com sede na Califórnia, está desenvolvendo um foguete Terran R parcialmente reutilizável depois de abandonar seu veículo Terran 1 menor após apenas um vôo de teste. A Stoke Space está projetando um novo foguete com propulsor reutilizável e estágio superior.

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Todos esses foguetes são projetados para competir com o foguete Falcon 9 da SpaceX, atual líder de mercado. Esses foguetes eventualmente se juntarão à lista de fornecedores de lançamento militares dos EUA para missões de segurança nacional, que atualmente inclui apenas a SpaceX, a United Launch Alliance e, mais recentemente, a Blue Origin.

Necessário para competir

Até agora, a Firefly forneceu poucos detalhes sobre seu roteiro de reutilização de foguetes. Mas os detalhes revelados à Ars mostram que a MLV usará um método familiar de recuperação.

“Para nosso projeto básico, estamos projetando em torno do pouso propulsivo para retornar ao local de lançamento”, disse Merritt Delia, gerente de propulsão do programa MLV. “Vamos iterar em todas essas coisas, mas basicamente estamos projetando. para reutilização. Não apenas o design, planejamos fazer isso.”

A Firefly pode decidir incluir a opção de pouso em barcos no mar, como a SpaceX está fazendo com seu foguete Falcon 9 e a Blue Origin planeja fazer com seu foguete New Glenn. Rocket Lab e Relativity também planejam fazer pousos de foguetes na praia. No entanto, esta abordagem é cara, requer manutenção do navio e atrasa o retorno dos boosters ao local de lançamento para reabastecimento, disse D'Elia.

Os testes da tecnologia de recuperação de reforço do MLV começarão com o primeiro vôo do foguete, de acordo com D'Elia, quando a Firefly acionará seus motores de controle para demonstrar a primeira manobra de capotamento do primeiro estágio para retornar ao local de lançamento após a separação do estágio superior do MLV.

O CEO da Firefly, Weber, disse que o objetivo da empresa é recuperar e reutilizar totalmente o propulsor MLV até o sexto vôo do foguete. Ele acrescentou: “Do jeito que está, isso acontecerá por volta do sexto voo. Provavelmente será quando a empresa estiver fazendo bem para colocar essa capacidade em voo”.

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No solo, a Firefly está projetando motores Miranda para serem capazes de realizar múltiplas queimadas em um único vôo, a capacidade necessária para pousos propulsivos. Os engenheiros estão testando as estruturas compostas do Miranda para garantir que possam suportar vários lançamentos e pousos, incluindo o calor da reentrada.

“Para cumprir a cadência de lançamento, ir tão rápido quanto precisamos, fazê-lo a custos razoáveis, e fazê-lo de uma forma que não causemos mais danos ao planeta ao longo do caminho, não sei como você pode conseguir isso sem reutilização”, disse Weber.

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Pesquisadores estão desenvolvendo uma prótese acionada pelo cérebro para pessoas com amputações de pernas

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Pessoas que tiveram suas pernas amputadas podem controlar seus membros protéticos com o cérebro, um grande avanço científico que lhes permite andar com mais suavidade e ter maior capacidade de superar obstáculos, de acordo com um estudo recente. Estádio O estudo foi publicado segunda-feira na revista Nature Medicine.

Ao criar uma ligação entre o sistema nervoso humano e a sua perna artificial, os investigadores do K.C. Lisa Yang Bioinformática do MIT e do Brigham and Women's Hospital lidera o caminho para a próxima geração de próteses.

“Conseguimos demonstrar o primeiro controle neural completo da caminhada robótica”, disse Hyungyeon Song, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no MIT.

A maioria dos membros protéticos modernos depende de comandos robóticos pré-programados, em vez de sinais cerebrais do usuário. Tecnologias robóticas avançadas podem sentir o ambiente e ativar repetidamente um movimento pré-determinado das pernas para ajudar uma pessoa a navegar neste tipo de terreno.

Mas muitos desses robôs funcionam melhor em terreno plano e têm dificuldade em superar obstáculos comuns, como solavancos ou poças. A pessoa que usa a prótese muitas vezes tem pouca influência no ajuste da prótese quando ela está em movimento, especialmente quando responde a mudanças repentinas no terreno.

“Quando ando, parece que estou andando porque o algoritmo está enviando comandos para o motor, e não estou fazendo isso”, disse Hugh Hare, pesquisador principal do estudo e professor de artes e ciências midiáticas no MIT. Pioneiro na área de biomecatrônica, área que mescla biologia com eletrônica e mecânica. As pernas de Herr foram amputadas abaixo do joelho há vários anos devido ao congelamento, e ele usa próteses robóticas avançadas.

“Há um conjunto crescente de evidências [showing] “Quando você conecta o cérebro a uma prótese mecatrônica, ocorre a incorporação onde o indivíduo vê a prótese como uma extensão natural de seu corpo”, acrescentou Hare.

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Os pesquisadores trabalharam com 14 participantes do estudo, metade dos quais foram submetidos a amputações abaixo do joelho através de uma abordagem conhecida como interface neuromuscular agonista (IAM), enquanto a outra metade foi submetida a amputações tradicionais.

“O que é tão interessante nisso é como ele aproveita a inovação cirúrgica junto com a inovação tecnológica”, disse Connor Walsh, professor da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard, especializado no desenvolvimento de robôs auxiliares vestíveis e que não esteve envolvido no estudo.

A amputação IAM foi desenvolvida para resolver as limitações da cirurgia tradicional de amputação de pernas, que corta conexões musculares importantes no local da amputação.

Os movimentos são possíveis pela forma como os músculos se movem em pares. Um músculo – conhecido como agonista – contrai-se para mover um membro, enquanto outro músculo – conhecido como antagonista – alonga-se em resposta. Por exemplo, durante uma rosca direta de bíceps, o bíceps é o antagonista porque se contrai para levantar o antebraço, enquanto o tríceps é o antagonista porque se alonga para permitir o movimento.

Quando a amputação cirúrgica resulta na ruptura de pares musculares, a capacidade do paciente de sentir contrações musculares após a cirurgia é prejudicada e, como resultado, sua capacidade de detectar com precisão e precisão onde sua prótese está no espaço é prejudicada.

Em contraste, o AMI reconecta os músculos do membro residual para replicar o valioso feedback muscular que uma pessoa obtém do membro intacto.

O estudo é “parte de um movimento para tecnologias protéticas de próxima geração que abordam a sensação, e não apenas o movimento”, disse Eric Rombukas, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Washington, que não esteve envolvido no estudo.

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O procedimento IAM para amputação abaixo do joelho tem o nome Pedro Ewing Depois de Jim Ewing, a primeira pessoa a se submeter ao procedimento em 2016.

Os pacientes submetidos à amputação de Ewing apresentaram menos atrofia muscular no membro remanescente e menos dor fantasma, sensação de desconforto em um membro que não existe mais.

Os pesquisadores equiparam todos os participantes com novos membros biônicos, compostos por uma prótese de tornozelo, um dispositivo que mede a atividade elétrica do movimento muscular e eletrodos colocados na superfície da pele.

O cérebro envia impulsos elétricos aos músculos, fazendo com que eles se contraiam. As contrações produzem sinais elétricos próprios, que são detectados por eletrodos e enviados para pequenos computadores acoplados à prótese. Os computadores então convertem esses sinais elétricos em força e movimento para a prótese.

Amy Pietravita, uma das participantes do estudo que passou por uma amputação de Ewing após sofrer queimaduras graves, disse que o membro biônico lhe deu a capacidade de guiar os pés e executar movimentos de dança novamente.

“Ser capaz de ter esse tipo de curvatura tornou tudo mais real e parecia que tudo estava lá”, disse Pietrafitta.

Graças à melhoria das sensações musculares, os participantes que foram submetidos à cirurgia de Ewing puderam usar as suas próteses para andar mais rápido e naturalmente do que aqueles que foram submetidos a amputações tradicionais.

Quando uma pessoa precisa se desviar dos padrões normais de caminhada, geralmente precisa se esforçar mais para se locomover.

Mateus J. disse: “O gasto de energia… faz com que nossos corações trabalhem mais e nossos pulmões trabalhem mais… e pode levar à destruição progressiva das articulações do quadril ou da parte inferior da coluna”, disse o Dr. Carty, cirurgião plástico reconstrutivo do Brigham e Hospital da Mulher. E o primeiro médico a realizar uma operação de IAM.

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Os pacientes submetidos à amputação de Ewing e à nova prótese também conseguiram navegar facilmente em rampas e escadas. Eles ajustaram suavemente os pés para se impulsionarem escada acima e absorverem o choque enquanto desciam.

Os pesquisadores esperam que a nova prótese esteja disponível comercialmente nos próximos cinco anos.

“Estamos começando a ter um vislumbre deste futuro glorioso onde uma pessoa pode perder uma parte significativa do seu corpo, e há tecnologia disponível para reconstruir esse aspecto do seu corpo para funcionar plenamente”, disse Hare.

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