Caros Leitores;
(Imagem: © Shutterstock)
Os físicos estabeleceram um novo recorde ao unir uma sopa quente
de 15 trilhões de átomos em um fenômeno bizarro chamado emaranhamento quântico. A
descoberta pode ser um grande avanço para a criação de sensores mais precisos
para detectar ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais ou mesmo
a matéria escura indescritível que se pensa invadir o universo.
O
emaranhamento, um fenômeno quântico que Albert Einstein descreveu
como "ação assustadora à distância", é um processo no qual duas ou
mais partículas se ligam e qualquer ação realizada em uma afeta
instantaneamente as outras, independentemente da distância entre elas. O
emaranhamento está no centro de muitas tecnologias emergentes, como a
computação quântica e a criptografia.
Estados
emaranhados são famosos por serem frágeis; suas ligações quânticas podem
ser facilmente quebradas pela menor vibração interna ou interferência do mundo
exterior. Por esse motivo, os cientistas tentam atingir as temperaturas
mais baixas possíveis em experimentos para enredar átomos nervosos; quanto
menor a temperatura, menor a probabilidade de os átomos saltarem um para o
outro e romperem sua coerência. Para o novo estudo, pesquisadores do
Instituto de Ciência Fotônica (ICFO), em Barcelona, Espanha, adotaram a
abordagem oposta, aquecendo átomos milhões
de vezes mais quente que um experimento quântico típico para verificar se o
emaranhamento poderia persistir em um ambiente quente e caótico.
"O emaranhamento é uma das tecnologias quânticas mais
notáveis, mas é notoriamente frágil", disse Jia Kong, cientista visitante
da ICFO e principal autor do estudo. "A maioria das tecnologias
quânticas relacionadas ao entrelaçamento deve ser aplicada em um ambiente de
baixa temperatura, como um sistema atômico frio. Isso limita a aplicação de
estados de entrelaçamento. [Se] o entrelaçamento pode ou não sobreviver em um
ambiente quente e confuso é um interessante questão".
As coisas ficam quentes e bagunçadas
Os
pesquisadores aqueceram um pequeno tubo de vidro cheio de rubídio vaporizado e nitrogênio inerte a
177 graus Celsius, coincidentemente a temperatura perfeita para assar
biscoitos. A essa temperatura, a nuvem quente de átomos de rubídio está em
um estado de caos, com milhares de colisões atômicas ocorrendo a cada segundo. Como
bolas de bilhar, os átomos ricocheteiam, transferindo energia e
girando. Mas, diferentemente do bilhar clássico, esse giro não representa
o movimento físico dos átomos.
Na mecânica
quântica, o spin é
uma propriedade fundamental das partículas, assim como a massa ou a carga
elétrica, que dão às partículas um momento angular intrínseco. De muitas
maneiras, a rotação de uma partícula é análoga a um planeta girando, tendo
momento angular e criando um campo
magnético fraco , chamado momento magnético. Porém,
no mundo maluco da mecânica quântica, as analogias clássicas desmoronam. A
própria noção de que partículas como prótons ou elétrons estão girando objetos
sólidos de tamanho e forma não se encaixa na visão de mundo quântica. E
quando os cientistas tentam medir o giro de uma partícula, eles obtêm uma das
duas respostas: para cima ou para baixo. Não há entres na mecânica
quântica .
Felizmente, os minúsculos campos magnéticos criados pela rotação de uma
partícula permitem que os cientistas medam a rotação de várias maneiras únicas. Uma
delas envolve luz polarizada, ou ondas
eletromagnéticas que oscilam em uma única direção.
Os pesquisadores dispararam um feixe de luz polarizada no tubo
de átomos de rubídio. Como os giros dos átomos agem como minúsculos ímãs,
a polarização da luz gira à medida que passa através do gás e interage com seu
campo magnético. Essa interação átomo de luz cria emaranhamento em larga
escala entre os átomos e o gás. Quando os pesquisadores medem a rotação
das ondas de luz que saem do outro lado do tubo de vidro, eles podem determinar
a rotação total do gás dos átomos, que consequentemente transfere o
emaranhamento para os átomos e os deixa em um estado emaranhado.
"A [medida] que usamos é baseada na interação átomo de
luz", disse Kong. "Com condições adequadas, a interação
produzirá correlação entre luz e átomos e, se fizermos a detecção correta, a
correlação será transferida para átomos, criando assim um emaranhamento entre
átomos. O surpreendente é que essas colisões aleatórias não destruíram o
emaranhado".
De fato, o ambiente "quente e bagunçado" dentro do
tubo de vidro foi fundamental para o sucesso do experimento. Os átomos
estavam no que os físicos chamam de estado macroscópico de spin singlet, uma
coleção de pares de spin total de partículas emaranhadas soma zero. Os
átomos emaranhados inicialmente passam seu emaranhado entre si através de
colisões em um jogo de etiqueta quântica, trocando suas rotações, mas mantendo
a rotação total em zero e permitindo que o estado de emaranhamento coletivo
persista por pelo menos um milissegundo. Por exemplo, a partícula A é
entrelaçada com a partícula B, mas quando a partícula B atinge a partícula C,
vincula ambas as partículas à partícula C, e assim por diante.
"Significa
que 1.000 vezes por segundo, um novo lote de 15 trilhões de átomos está sendo
entrelaçado", disse Kong em
comunicado . Um milissegundo "é um tempo muito longo
para os átomos, tempo suficiente para ocorrerem cerca de 50 colisões aleatórias.
Isso mostra claramente que o emaranhado não é destruído por esses eventos
aleatórios. Esse talvez seja o resultado mais surpreendente do trabalho".
Como os cientistas são capazes de entender apenas o estado
coletivo dos átomos emaranhados, a aplicação de suas pesquisas é limitada a
usos especiais. Tecnologias como computadores quânticos provavelmente
estão fora de cogitação, uma vez que o estado das partículas emaranhadas
individualmente precisa ser conhecido para armazenar e enviar informações.
No entanto,
seus resultados podem ajudar a desenvolver detectores de campo magnético
ultra-sensíveis, capazes de medir campos magnéticos mais de 10 bilhões de vezes
mais fracos que o campo magnético da Terra. Esses magnetômetros poderosos
têm aplicações em muitos campos da ciência. Por exemplo, no estudo da
neurociência, a magnetoencefalografia é usada para capturar imagens do cérebro,
detectando os sinais magnéticos ultra-fracos emitidos pela atividade
cerebral.
"Esperamos que esse tipo de estado gigante emaranhado leve
a um melhor desempenho do sensor em aplicações que variam de imagens do
cérebro, carros autônomos e pesquisas de matéria escura", disse Morgan
Mitchell, professor de física e líder do grupo do laboratório. na declaração.
Seus
resultados foram publicados on-line em 15 de maio na revista Nature
Communications .
Fonte: Live Science / Tim Childers - Colaborador da Live Science / 08-06-2020
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science andthePublic (SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA
(NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA
GlobeCloud, 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
NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Nenhum comentário:
Postar um comentário