Cientistas criam estranhas ‘paredes de domínio’ quânticas em laboratório

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Pesquisadores da Universidade de Chicago descobriram como criar e manipular fenômeno quântico conhecido como “paredes de domínio” – exibido na figura como a linha branca entre os dois grupos de átomos (Imagem adaptada e colorizada). Crédito: Kai-Xuan.

Publicado na The University of Chicago

Cientistas da Universidade de Chicago foram capazes de criar um novo tipo de objeto quântico em laboratório: “paredes de domínio”.

A descoberta pode ajudar os pesquisadores a entenderem melhor as exóticas partículas quânticas — e também pode sugerir caminhos para novas tecnologias no futuro, tais como eletrônica quântica e memória quântica.

Publicada na revista Nature, a pesquisa foi conduzida no laboratório do Prof. Cheng Chin, que estuda novos sistemas quânticos. Em um de seus experimentos, os cientistas da Universidade de Chicago notaram uma intrigante ocorrência em átomos que foram submetidos a temperaturas muito baixas. Sob certas condições, grupos de átomos podem se separar em domínios e uma “parede” se formar na junção onde eles se encontram. Essa parede de domínio se comportou como um objeto quântico independente.

“É como se fosse um tipo de duna de areia do deserto – é feito de areia, mas a duna se comporta de uma forma distinta de grãos de areia individuais”, disse o doutorando Kai-Xuan Yao, o primeiro autor do estudo.

Os cientistas vislumbraram essas paredes de domínio em materiais quânticos, mas não haviam sido capazes de gerá-las e analisá-las de forma segura. Uma vez que os físicos da Universidade de Chicago criaram a receita para fazer e estudar de perto as paredes, conseguiram observar comportamentos surpreendentes.

“Nós possuímos muita experiência em controlar átomos”, disse Chin, que é empregado no Departamento de Física do Instituto Enrico Fermi e do Instituto James Franck. “Nós sabemos que empurrando os átomos para a direita, eles se movem para a direita. Mas se você move a parede de domínio para a direita, ela se move para a esquerda”.

Essas paredes de domínio são parte de uma classe conhecida como fenômenos “emergentes”, que significa dizer que eles aparentam seguir novas leis da física como resultado de muitas partículas agindo de forma coletiva.

O laboratório de Chin estuda esses fenômenos emergentes, acreditando que eles possam dar luz a um conjunto de leis conhecidas como teoria dinâmica de gauge, que descrevem outros fenômenos emergentes em materiais, assim como no Universo primitivo; os mesmo fenômenos, provavelmente, mantiveram unidas as primeiras partículas à medida que se aglomeravam para formar galáxias, estrelas e planetas.

Os avanços nesse campo também poderiam permitir novas tecnologias quânticas. Cientistas estão interessados em catalogar esses comportamentos em parte porque eles podem servir de base para o futuro da tecnologia — por exemplo, a base do GPS moderno vem de cientistas da década de 50 tentando confirmar a teoria da relatividade de Einstein.

“Podem haver aplicações para este fenômeno em termos de fabricação de material quântico programável ou processador de informação quântica — que pode ser usado para criar uma maneira mais robusta de armazenamento de informação quântica ou permitir novas funções em materiais”, disse Chin. “Mas antes de podermos alcançar isso, o primeiro passo é entender como controlar o processo”.