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Para alguns físicos, medir o espectro de pequenas ondas que compõem o espaço vazio é uma meta há décadas, mas até agora nenhuma delas encontrou uma boa maneira de alcançá-lo.
Fonte: Science Alert / MIKE MCRAE / 12-04-2019
Para alguns físicos, medir o espectro de pequenas ondas que compõem o espaço vazio é uma meta há décadas, mas até agora nenhuma delas encontrou uma boa maneira de alcançá-lo.
Agora os físicos da ETH Zurich usaram habilmente pulsos de laser para entender a natureza quântica de um vácuo, estabelecendo um marco em nossas tentativas de medir o nada absoluto.
Nosso Universo é fundamentalmente acidentado. Como uma tela nova ainda a ser pintada, há uma textura para a realidade nua que só podemos detectar.
O que nós levamos para a completa ausência de matéria e radiação é um campo infinito de possibilidade do qual emergem partículas. De fato, existe um campo para cada partícula elementar, apenas esperando por energia suficiente para definir as principais características de sua existência.
Essas partículas são todas limitadas por uma regra estranha - à medida que algumas possibilidades aumentam, outras têm que encolher. Uma partícula pode estar em um local preciso, por exemplo, mas terá um momento vago. Ou vice-versa.
Este princípio de incerteza não se aplica apenas às partículas. Aplica-se ao próprio campo vago.
De costas, a tela desse artista parece incrivelmente suave. Da mesma forma, durante um período prolongado de tempo, a quantidade de energia em um volume de espaço vazio é em média zero.
Mas à medida que nos concentramos, para qualquer momento, nos tornamos menos certos sobre quanta energia encontraremos, resultando em um espectro de probabilidades.
Nós tipicamente pensamos nessa trama como aleatória. Mas há correlações que poderiam nos dizer uma coisa ou outra sobre a natureza dessa ondulação.
"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 luz espontaneamente", diz a médica Ileana-Cristina Benea-Chelmus, do Instituto de Eletrônica Quântica da ETH Zurich.
Para medir a maioria das coisas, você precisa estabelecer um ponto de partida. Infelizmente para algo que já está em seu estado mais baixo de energia, é um pouco como medir a força de um soco de um punho sem movimento.
"Os detectores tradicionais de luz, como os fotodiodos, baseiam-se no princípio de que as partículas de luz - e, portanto, a energia - são absorvidas pelo detector", diz Benea-Chelmus .
"No entanto, a partir do vácuo, que representa o menor estado de energia de um sistema físico, nenhuma energia adicional pode ser extraída."
Em vez de medir a transferência de energia de um campo vazio, a equipe planejou uma maneira de procurar a assinatura de suas sutis mudanças de probabilidade na polarização dos fótons.
Ao comparar dois pulsos de laser de apenas um trilionésimo de segundo de comprimento, enviados através de um cristal super-frio em diferentes momentos e locais, a equipe pôde descobrir como o espaço vazio entre os átomos do cristal afetava a luz.
"Ainda assim, o sinal medido é absolutamente pequeno, e nós realmente tivemos que maximizar nossa capacidade experimental de medir campos muito pequenos", diz o físico Jérôme Faist .
Tiny é um eufemismo. Aquela "oscilação" quântica era tão pequena que eles precisavam de até um trilhão de observações para cada comparação, apenas para ter certeza de que as medições eram legítimas.
Tão minúsculos quanto os resultados finais foram, as medições permitiram que eles determinassem o espectro fino de um campo eletromagnético em seu estado fundamental.
Controlar o que é efetivamente espaço vazio está se tornando um grande negócio na física quântica.
Apenas recentemente, outra equipe de físicos tentou colocar limites no ruído do vácuo à temperatura ambiente, a fim de melhorar a funcionalidade do detector de ondas gravitacionais LIGO.
Partículas virtuais - os breves fantasmas de possíveis partículas que mal existem como incertezas em um campo - também são fundamentais para entender como os buracos negros se evaporam lentamente com o passar do tempo através da radiação de Hawking.
No futuro, precisaremos de mais truques como esses para entender o tecido no qual o Universo é pintado.
Esta pesquisa foi publicada na Nature .
Fonte: Science Alert / MIKE MCRAE / 12-04-2019
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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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