Fronteira entre reinos clássico e quântico poderá ser encontrada no escuro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/02/2024

Uma esfera de vidro com dimensão em nanoescala evoluindo em um potencial criado por meio de forças eletrostáticas ou magnéticas entra em um estado de superposição quântica macroscópica.
[Imagem: Helene Hainzer]

Onde a física clássica vira quântica

A localização da fronteira entre o quântico e o clássico é um dos temas mais pesquisados da física - quanto mais massivo um objeto, mais localizado ele se torna quando se tenta torná-lo quântico através do resfriamento de seu movimento até o zero absoluto.

Embora alguns experimentos pareçam demonstrar que não há fronteira entre o mundo quântico e o mundo clássico, o assunto ainda é controverso e sujeito a muitas interepretações.

Uma equipe da Universidade de Innsbruck, na Áustria, está agora propondo um outro experimento para tentar clarear a questão.

O experimento começa com uma nanopartícula levitada por um laser e resfriada até o seu estado fundamental, que é então posta para "evoluir" em um potencial não óptico ("escuro") criado por forças eletrostáticas ou magnéticas. A expectativa é que essa evolução no potencial escuro gere de forma rápida e confiável um estado de superposição quântica macroscópica.

A superposição é uma das marcas registradas da mecânica quântica, afirmando que um sistema físico existe em todos os estados teoricamente possíveis simultaneamente até que ele seja medido e então "colapse" em um deles - o exemplo mais conhecido é o famoso gato de Schrodinger. Demonstrado à exaustão em partículas, o fenômeno parece deixar de funcionar conforme os sistemas envolvidos saem da dimensão das moléculas.

O objetivo do novo experimento agora proposto está justamente na ampliação da dimensão do objeto mantido em superposição de vários estados, permitindo observar o comportamento quântico em objetos com dimensões tipicamente clássicas.

O recorde da superposição quântica, em termos de dimensão, foi batido com um "cristal-gato".
[Imagem: ETH Zurich]

Evolução do quântico ao clássico

A luz laser pode resfriar uma esfera de vidro de tamanho nanométrico até seu estado fundamental de movimento. Deixadas sozinhas, bombardeadas por moléculas do ar e espalhando a luz que recebem, essas esferas de vidro aquecem rapidamente e deixam o regime quântico, passando ao reino da física clássica.

Para evitar isso, os pesquisadores propõem deixar a esfera evoluir no escuro, com a luz desligada, guiada apenas por forças eletrostáticas ou magnéticas não uniformes. Essa evolução não só é rápida o suficiente para evitar o aquecimento pelo choque com moléculas da atmosfera, como também elimina a localização extrema e imprime características quânticas inequívocas.

Marc Roda-Llordes e seus colegas acreditam que essa configuração atende a todos os requisitos para testar a fronteira quântica, incluindo a necessidade de rodadas experimentais rápidas, um uso mínimo de luz laser para evitar a decoerência e a capacidade de repetir rapidamente rodadas experimentais com a mesma partícula. Estas considerações são cruciais para mitigar o impacto do ruído de baixa frequência e outros erros sistemáticos.

"Acreditamos que, embora o experimento quântico definitivo seja inevitavelmente desafiador, ele deverá ser viável, já que atende a todos os critérios necessários para preparar esses estados macroscópicos de superposição quântica," disse o professor Oriol Romero-Isart, membro da equipe.

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