Caros Leitores,
Sininhos minúsculos
Medindo flutuações de vácuo exóticas
Referência
Na física quântica, o vácuo não é vazio, mas sim mergulhado em
pequenas flutuações do campo eletromagnético. Até recentemente, era
impossível estudar essas flutuações de vácuo diretamente. Pesquisadores da
ETH Zurich desenvolveram um método que permite caracterizar as flutuações em
detalhes.
Flutuações
de vácuo para o campo electromagnético (linhas coloridas) pode ser medido
através do seu efeito em dois feixes de laser (vermelho) que se propagam
através de um cristal . (Visualização: ETH Zurich.
O vazio não
é realmente vazio - não de acordo com as leis da física quântica, pelo
menos. O vácuo, no qual classicamente supõe-se que seja literalmente
“nada”, está repleto das chamadas flutuações de vácuo de acordo com a mecânica
quântica. Essas são pequenas excursões, por exemplo, de um campo
eletromagnético que, em média, chega a zero com o tempo, mas pode desviar-se
dele por um breve momento. Jérôme Faist, professor do Instituto de
Eletrônica Quântica da ETH em Zurique, e seus colaboradores conseguiram agora
caracterizar diretamente essas flutuações de vácuo pela primeira vez.
“As
flutuações do vácuo no campo eletromagnético têm consequências claramente
visíveis e, entre outras coisas, são responsáveis pelo fato de que um átomo
pode emitir espontaneamente luz”, explica Ileana-Cristina Benea-Chelmus,
recém-formada PhD no laboratório Faists e primeira autor do estudo recentemente
publicado na revista científica Nature. “Para medi-los diretamente, no
entanto, parece impossível à primeira vista. Os detectores tradicionais,
por exemplo, para a luz, como os fotodiodos, baseiam-se no princípio de que as
partículas de luz - e, portanto, a energia - são absorvidas pelo
detector. No entanto, a partir do vácuo, que representa o menor estado de
energia de um sistema físico, nenhuma outra energia pode ser extraída ”.
Detecção de eletro-óptica
Sininhos minúsculos
Medindo flutuações de vácuo exóticas
Referência
Faist e seus colegas, portanto,
decidiram medir diretamente o campo elétrico das flutuações. Para esse
fim, eles usaram um detector baseado no chamado efeito eletro-óptico. O
detector consiste em um cristal no qual a polarização (a direção da oscilação,
isto é) de uma onda de luz pode ser girada por um campo elétrico - por exemplo,
pelo campo elétrico das flutuações de vácuo. Desta forma, esse campo
elétrico deixa uma marca visível na forma de uma direção de polarização
modificada da onda de luz. Dois pulsos de laser muito curtos (com duração
de uma fração de um milésimo de um bilionésimo de segundo) são agora enviados
através do cristal em dois pontos diferentes e em momentos ligeiramente
diferentes, e depois suas polarizações são medidas. A partir dessas
medições,
Para se certificar de que os
campos elétricos assim medidos realmente resultam das flutuações do vácuo e não
da radiação térmica do corpo negro, os pesquisadores esfriaram todo o aparato
de medição para menos de 269 graus centígrados. Em temperaturas tão baixas,
essencialmente, nenhum fóton da radiação térmica permanece dentro do aparelho,
de forma que quaisquer flutuações do campo elétrico sejam deixadas no
vácuo. “Ainda assim, o sinal medido é absolutamente minúsculo”, admite
Faist, professor da ETH, “e nós realmente tivemos que maximizar nossa
capacidade experimental de medir campos muito pequenos.” Segundo Faist, outro
desafio é que as freqüências das flutuações eletromagnéticas são medidas usando
o detector eletro-óptico encontra-se na faixa de terahertz, isto é, em
torno de alguns milhares de bilhões de oscilações por segundo. Em seu
experimento, os cientistas da ETH ainda conseguiram medir campos quânticos com
uma resolução que está abaixo de um ciclo de oscilação de luz no tempo e no
espaço.
Os pesquisadores esperam que no
futuro eles possam medir ainda mais os casos exóticos de flutuações de vácuo
usando seu método. Na presença de fortes interações entre fótons e
matéria, que podem ser alcançadas, por exemplo, dentro de cavidades ópticas, de
acordo com cálculos teóricos, o vácuo deve ser preenchido com uma
multiplicidade de chamados fótons virtuais. O método desenvolvido por
Faist e seus colaboradores deve possibilitar o teste dessas previsões
teóricas.
Benea-Chelmus IC, Settembrini
F, Scalari G, Faist J: Medições de correlação de campo elétrico no estado de
vácuo eletromagnético. Nature 2019, 568: 202, doi: 10.1038 / s41586-019-1083-9
Moskalenko AS, Ralph TC: Correlações
detectadas em um vácuo quântico. Nature 2019, 568: 178, doi: 10.1038 / d41586-019-01083-z
Fonte: Por: Oliver Morsch / ETHZ.CH
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e
Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do projeto S`Cool Ground Observation
(Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant
Energy System) administrado pela NASA.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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