Atrito quântico negativo acelera movimento de um objeto

Com informações da APS - 28/07/2023

A descoberta será útil em medições muito precisas, sobretudo dos próprios fenômenos quânticos.
[Imagem: L. Ge/Xinyang Normal University]

Atrito que acelera

Um objeto na dimensão humana - ou clássico - experimenta atrito apenas quando toca outro objeto, como o seu sapato firmando-o sobre o solo e impedindo que você fique eternamente escorregando no mesmo lugar.

Mas os objetos muito pequenos - ou quânticos - podem experimentar uma força similar, conhecida como fricção quântica, ou atrito quântico, sem entrar em contato com nada.

Essa força emerge das interações do objeto com as flutuações do vácuo quântico, onde partículas e ondas eletromagnéticas emergem e desaparecem da existência o tempo todo.

Inúmeros experimentos já demonstraram que a matéria é resultado das flutuações do vácuo quântico, e o vácuo quântico, em vez de um "nada", é um estado com a menor energia possível, uma espécie de sopa de campos e ondas de todas as frequências, de onde partículas virtuais saltam continuamente entre a existência e a inexistência.

Na última década, não apenas matéria, mas também antimatéria, foram criadas desse vácuo, assim como a luz foi produzida a partir do vácuo quântico.

Mas pesquisadores chineses descobriram agora que tudo pode ser ainda mais "misterioso" nesse reino quântico, no qual podem imperar forças sobre as quais os físicos nunca haviam pensado.

Há anos os físicos usam os objetos rotativos mais rápidos do mundo para estudar fenômenos quânticos como este.
[Imagem: Jonghoon Ahn et al. - 10.1103/PhysRevLett.121.033602]

Atrito negativo do vácuo

Analisando as equações da mecânica quântica, o professor Lixin Ge, da Universidade Normal de Xinyang, descobriu a existência de uma nova força induzida pelas flutuações do vácuo quântico.

Essa força, que Ge batizou de atrito negativo do vácuo, age na mesma direção que o objeto se move, fazendo com que ele se mova mais rápido. Em outras palavras, em vez de brecar o objeto que sofre o atrito, essa força o acelera.

O pesquisador afirma que, quando os experimentalistas conseguirem colocar essa força para funcionar, ela poderá se tornar uma nova abordagem para a movimentação de nanopartículas, fazendo-as girar mais rapidamente, por exemplo, algo que pode ser muito útil em medições de precisão.

E Ge até já sugeriu como fazer isto: Ele recomenda usar uma esfera rotativa, com poucos nanômetros de diâmetro, posta perto de um substrato revestido de grafeno. As flutuações do vácuo irão interagir com a nanoesfera rotativa e, nessa interação, passarão a emitir radiação eletromagnética na frequência dos terahertz. Essa radiação, por sua vez, fará com que as quasipartículas comecem a fluir sobre a superfície do substrato, reforçando assim a magnitude das interações eletromagnéticas entre a esfera e o substrato.

Na maioria dos substratos, o atrito funcionará como esperado, fazendo as nanopartículas desacelerarem gradualmente. Mas é aí que entra o truque para ativar o atrito negativo do vácuo: Quando a superfície de grafeno for iluminada, os fótons farão com que as partículas virtuais que emergem do vácuo quântico se acelerem, o que gera uma força que empurra o substrato na direção oposta ao fluxo da quasipartícula.

De acordo com a terceira lei de Newton, a nanoesfera rotativa deve experimentar uma força igual em magnitude, mas oposta em direção à força que o substrato experimenta. Essa força irá então empurrá-la na mesma direção da sua rotação - é essa força que Ge chama de atrito negativo do vácuo, que fará com que a nanoesfera gire cada vez mais rápido.

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