Criado aparelho na fronteira entre a física clássica e a física quântica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/02/2025

Princípio de funcionamento do instrumento que poderá ajudar a encontrar onde termina a física clássica e começa a física quântica.
[Imagem: Marco Bellini/Cnr-Ino)]

Fronteira entre clássico e quântico

As leis da física são muito diferentes quando passamos das dimensões humanas, onde vigoram as regras da chamada física clássica, para as dimensões atômicas, onde vigoram as leis da mecânica quântica, mas ninguém sabe ainda ao certo onde fica a fronteira entre o reino clássico e o reino quântico.

Foi para tentar encontrar essa fronteira, se é que ela existe, que Quentin Deplano e colegas da Universidade de Firenze, na Itália, criaram um novo dispositivo experimental que permite a observação e o estudo simultâneos de fenômenos de ambos os mundos.

Os fenômenos clássicos e quânticos têm sido estudados separadamente em grande profundidade, mas o novo instrumento permite a exploração experimental do comportamento da matéria sob ambas as perspectivas.

O dispositivo tira proveito do fenômeno de levitação de objetos em nanoescala por um feixe de laser fortemente focado, ou seja, a surpreendente capacidade da luz de capturar, segurar e manipular partículas microscópicas individuais, algo conhecido como pinça óptica.

Esse fenômeno foi observado pela primeira vez na década de 1980 e posteriormente refinado, em particular pelo físico Arthur Ashkin, que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2018 por isso.

Esquema do instrumento de medição.
[Imagem: Q. Deplano et al. - 10.1364/OPTICA.538760]

Experimento clássico-quântico

A equipe usou a técnica da levitação optomecânica para criar diferentes pinças ópticas na mesma base, usando feixes de luz de cores diferentes para capturar simultaneamente um par de nanoesferas de vidro. Dentro da armadilha óptica, essas esferas oscilam em torno do seu ponto de equilíbrio com frequências muito específicas. Isto forma um oscilador, que segue as regras da mecânica clássica.

A seguir, a ideia é que o dispositivo seja paulatinamente resfriado, da temperatura ambiente até perto do zero absoluto, quando as partículas estarão seguindo as regras da mecânica quântica.

Mas, claro, a parte mais importante do caminho estará no próprio caminho: Conforme o sistema transiciona rumo ao reino quântico, os físicos ficarão de olho no que, ou quando, o sistema abandona o comportamento clássico e assume o comportamento quântico.

"Esses nano-osciladores estão entre os raros sistemas nos quais podemos investigar o comportamento de objetos macroscópicos de uma maneira altamente controlada," disse Francesco Marin, membro da equipe. "As esferas são eletricamente carregadas e interagem umas com as outras, então a trajetória seguida por uma esfera é fortemente dependente da outra. Isso abre caminho para o estudo de nanossistemas interagindo coletivamente nos regimes clássico e quântico, permitindo assim a exploração experimental da fronteira sutil entre esses dois mundos."

É um desenvolvimento bem-vindo em um campo repleto de controvérsias. Por exemplo, alguns experimentos parecem demonstrar que não há fronteira entre o mundo quântico e o mundo clássico, mas há quem defenda que a fronteira entre reinos clássico e quântico poderá ser encontrada no escuro.

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