Nanopartculas levitadas danam para testar os limites da teoria quntica

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/03/2024

Limite entre clssico e quntico

Depois da proposta de usar ms minsculos levitando para checar se a gravidade quntica ou no, a questo secular sobre a fronteira entre a fsica clssica e a fsica quntica se aproximou um pouco mais de conseguir uma resposta, graas a um experimento realizado por uma equipe de vrios pases.

“Para observar fenmenos qunticos em escalas maiores e esclarecer a transio clssica-quntica, as caractersticas qunticas precisam ser preservadas na presena de rudo do ambiente. Como voc pode imaginar, existem duas maneiras de fazer isso: Uma suprimir o rudo, e a segunda reforar as caractersticas qunticas.

“Nossa pesquisa demonstra uma maneira de enfrentar o desafio adotando a segunda abordagem. Mostramos que as interaes necessrias para o entrelaamento entre duas partculas de vidro de tamanho de 0,1 micrmetro, presas opticamente, podem ser amplificadas em vrias ordens de grandeza para superar as perdas para o meio ambiente,” disse Jayadev Vijayan, da Universidade de Manchester.

O experimento consistiu em colocar as partculas entre dois espelhos altamente reflexivos – eles formam uma cavidade ptica. Desta forma, quaisquer ftons que atinjam uma das partculas saltam entre os espelhos vrios milhares de vezes antes de sarem da cavidade, levando a uma chance significativamente maior de que eles interajam com a outra partcula.

“Notavelmente, como as interaes pticas so mediadas pela cavidade, sua resistncia no diminui com a distncia, o que significa que podemos acoplar partculas em escala micromtrica ao longo de vrios milmetros,” disse Johannes Piotrowski, do Instituto Federal Suo de Tecnologia (ETH).

Ainda mais interessante para o aprimoramento do experimento, os pesquisadores demonstraram a possibilidade de ajustar ou controlar com preciso a fora da interao entre ftons e partculas, o que pode ser feito variando as frequncias do laser e a posio das partculas dentro da cavidade.

Interaes de longo alcance mediadas pela cavidade ptica.
[Imagem: Jayadev Vijayan et al. – 10.1038/s41567-024-02405-3]

Uso em sensores

Estes resultados representam um salto significativo para a compreenso da fsica fundamental, mas tambm so promissores para aplicaes prticas, particularmente na tecnologia de sensores, que podem ser usados para monitoramento ambiental e navegao sem conexo remota.

“A principal fora dos sensores mecnicos levitados sua alta massa em relao a outros sistemas qunticos que usam deteco. A grande massa os torna adequados para detectar foras gravitacionais e aceleraes, resultando em melhor sensibilidade. Deste modo, os sensores qunticos podem ser utilizados em muitas aplicaes diferentes em vrios campos, tais como o monitoramento do gelo polar para investigao climtica e a medio de aceleraes para fins de navegao,” disse o professor Carlos Ballestero, da Universidade Tcnica de Viena, na ustria.

Agora, a equipe planeja acrescentar tcnicas de resfriamento quntico bem estabelecidas ao seu experimento, o que ser necessrio para validar o entrelaamento quntico entre as partculas usadas, que so muito grandes em relao aos experimentos qunticos tradicionais. Se for bem-sucedido, conseguir o entrelaamento quntico de nano e de micropartculas dever diminuir a lacuna entre o mundo quntico e a mecnica clssica cotidiana.

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