Cientistas da Universidade de Copenhagen desenvolveram uma resposta prática para um desafio ligado ao Princípio da Incerteza de Heisenberg. Os pesquisadores usaram luz laser para ligar átomos de césio e uma membrana vibrante. A pesquisa, O primeiro de sua espécie, aponta para sensores capazes de medir o movimento com uma precisão invisível.

Ao medir estruturas atômicas ou emissões de luz no nível quântico por meio de microscópios avançados ou outras formas de equipamentos especiais, as coisas são complicadas devido a um problema que, durante a década de 1920, teve toda a atenção de Niels Bohr e Werner Heisenberg. E este problema, lidar com imprecisões que contaminam certas medições conduzidas em nível quântico, é descrito no Princípio da Incerteza de Heisenberg, que afirma que as variáveis ​​complementares de uma partícula, como velocidade e posição, nunca pode ser conhecido simultaneamente.

Em um relatório científico publicado na edição desta semana da Natureza , Os pesquisadores do NBI demonstram que o Princípio da Incerteza de Heisenberg pode ser neutralizado em algum grau. Isso nunca foi mostrado antes, e os resultados podem desencadear o desenvolvimento de novos equipamentos de medição, e sensores novos e melhores.

Professor Eugene Polzik, chefe da Quantum Optics (QUANTOP) no Niels Bohr Institute, liderou a pesquisa, que envolveu a construção de uma membrana vibrante e uma nuvem atômica avançada encerrada em uma gaiola de vidro diminuta.

Objeto de 'pontapés' de luz

O Princípio da Incerteza surge em observações conduzidas por meio de um microscópio operando com luz laser, o que inevitavelmente fará com que o objeto seja chutado por fótons. Como resultado desses chutes, o objeto começa a se mover de forma aleatória. Este fenômeno é conhecido como quantum back action (QBA), e esses movimentos aleatórios colocam um limite à precisão com a qual as medições podem ser realizadas em nível quântico. Para conduzir os experimentos no NBI, o professor Polzik e seus colaboradores usaram uma membrana feita sob medida como o objeto observado em nível quântico.

Nas décadas recentes, cientistas tentaram encontrar maneiras de 'enganar' o Princípio da Incerteza de Heisenberg. Eugene Polzik e seus colegas tiveram a ideia de implementar a nuvem atômica avançada há alguns anos. Consiste em 100 milhões de átomos de césio bloqueados em uma célula de vidro hermeticamente fechada, explica o professor:

"A célula tem apenas um centímetro de comprimento, 1/3 de milímetro de altura e 1/3 de milímetro de largura, e para fazer os átomos funcionarem como pretendido, as paredes celulares internas foram revestidas com parafina. A membrana, cujos movimentos observamos em nível quântico, mede 0,5 milímetros, que na verdade é um tamanho considerável de uma perspectiva quântica. "

A ideia por trás da célula de vidro é enviar deliberadamente a luz laser usada para estudar os movimentos da membrana através da nuvem atômica encapsulada antes que a luz atinja a membrana, explica Eugene Polzik:"Isso resulta em fótons de luz laser 'chutando' o objeto, ou seja, a membrana, bem como a nuvem atômica, e esses 'chutes, ' por assim dizer, cancelar. Isso significa que não há mais nenhuma ação quântica de volta - e, portanto, nenhuma limitação quanto à precisão com que as medições podem ser realizadas no nível quântico. "

Como isso pode ser utilizado?

"Por exemplo, ao desenvolver novos e muito mais avançados tipos de sensores para análises de movimentos, ", diz o professor Eugene Polzik. "De um modo geral, sensores operando em nível quântico estão recebendo muita atenção atualmente. Um exemplo é a Quantum Technologies Flagship, um extenso programa da UE que também apóia este tipo de pesquisa. "

O fato de que é, na verdade, possível 'enganar' o Princípio da Incerteza de Heisenberg também pode ser significativo em relação a uma melhor compreensão das ondas gravitacionais - ondas no espaço movendo-se à velocidade da luz. Em setembro de 2015, o experimento americano LIGO publicou os primeiros registros e medições diretas de ondas gravitacionais decorrentes de uma colisão entre dois buracos negros muito grandes. Contudo, o equipamento usado pelo LIGO é influenciado pela ação quântica das costas, e a nova pesquisa do NBI pode ser capaz de eliminar esse problema, diz Polzik.