Traduzido por Julio Batista
Original de David Nield para o ScienceAlert
A mecânica quântica lida com o comportamento do Universo na escala superpequena: átomos e partículas subatômicas que operam de maneiras que a física clássica não consegue explicar.
Para explorar essa tensão entre o quântico e a física clássica, os cientistas estão constantemente tentando fazer com que objetos cada vez maiores se comportem de maneira quântica.
Em 2021, uma equipe teve sucesso com uma minúscula nanoesfera de vidro com 100 nanômetros de diâmetro – cerca de mil vezes menor que a espessura de um fio de cabelo humano.
Para nós, isso é muito, muito pequeno, mas em termos de física quântica, na verdade é bem grande, feito de até 10 milhões de átomos.
Levar tal nanosfera para o reino da mecânica quântica foi uma grande conquista. Usando lasers cuidadosamente calibrados, a nanosfera foi suspensa em seu estado mecânico quântico mais baixo, um movimento extremamente limitado onde o comportamento quântico pode começar a acontecer.
“Esta é a primeira vez que tal método foi usado para controlar o estado quântico de um objeto macroscópico no espaço livre”, disse Lukas Novotny, professor de fotônica da ETH Zurich na Suíça, em julho de 2021.
Para atingir estados quânticos, o movimento e a energia devem ser reduzidos. Novotny e seus colegas usaram um recipiente a vácuo resfriado a -269 graus Celsius antes de usar um sistema de feedback para fazer ajustes adicionais.
Usando os padrões de interferência gerados por dois feixes de laser, os pesquisadores calcularam a posição exata da nanosfera dentro de sua câmara – e a partir daí fizeram os ajustes precisos necessários para aproximar o movimento do objeto de zero, usando o campo elétrico criado por dois eletrodos.
Não é tão diferente de desacelerar um balanço de um parquinho empurrando-o e puxando-o até que chegue a um ponto de repouso. Uma vez que o estado mecânico quântico mais baixo foi alcançado, outros experimentos podem começar.
“Para ver claramente os efeitos quânticos, a nanosfera precisa ser desacelerada… até seu estado fundamental de movimento”, disse o engenheiro elétrico Felix Tebbenjohanns, da ETH Zurique na época.
“Isso significa que congelamos a energia de movimento da esfera a um mínimo próximo ao movimento do ponto zero da mecânica quântica”.
Embora resultados semelhantes tenham sido alcançados antes, eles usaram o que é conhecido como ressonador óptico para equilibrar objetos usando luz.
A abordagem usada aqui protege melhor a nanosfera contra distúrbios e significa que o objeto pode ser visto isoladamente depois que o laser é desligado – embora isso exija muita pesquisa adicional para ser realizado.
Uma das maneiras pelas quais os pesquisadores esperam que suas descobertas possam ser úteis é estudar como a mecânica quântica faz com que as partículas elementares se comportem como ondas. É possível que configurações supersensíveis como esta nanoesfera também possam ajudar no desenvolvimento de sensores avançados além de qualquer coisa que temos hoje.
Conseguir levitar uma esfera tão grande em um ambiente criogênico representa um salto significativo para a escala macroscópica onde a linha entre a física clássica e a quântica pode ser estudada.
“Juntamente com o fato de que o potencial da captura óptica é altamente controlável, nossa plataforma experimental oferece uma rota para investigar a mecânica quântica em escalas macroscópicas”, concluíram os pesquisadores em seu paper publicado.
A pesquisa foi publicada na Nature.
