p Pesquisadores na Áustria usaram lasers para levitar e resfriar uma nanopartícula de vidro no regime quântico. Embora esteja preso em um ambiente de temperatura ambiente, o movimento da partícula é governado exclusivamente pelas leis da física quântica. A equipe de cientistas da Universidade de Viena, a Academia Austríaca de Ciências e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) publicaram seu novo estudo na revista Ciência . p É bem conhecido que as propriedades quânticas de átomos individuais podem ser controladas e manipuladas com luz laser. Mesmo grandes nuvens de centenas de milhões de átomos podem ser empurradas para o regime quântico, dando origem a estados quânticos macroscópicos da matéria, como gases quânticos ou condensados ​​de Bose-Einstein, que hoje também são amplamente utilizados em tecnologias quânticas. Uma próxima etapa emocionante é estender esse nível de controle quântico para objetos de estado sólido. Em contraste com as nuvens atômicas, a densidade de um sólido é um bilhão de vezes maior, e todos os átomos devem se mover juntos ao longo do centro de massa do objeto.

p Contudo, entrar neste novo regime não é, de forma alguma, um esforço direto. Um primeiro passo para alcançar esse controle quântico é isolar o objeto sob investigação das influências do meio ambiente e remover toda a energia térmica - resfriando-o a temperaturas muito próximas do zero absoluto (-273,15 graus Celsius), de modo que a mecânica quântica domine o movimento da partícula. Para mostrar isso, os pesquisadores optaram por fazer experiências com uma conta de vidro aproximadamente 1000 vezes menor do que um grão de areia e contendo algumas centenas de milhões de átomos. O isolamento do ambiente é obtido pela captura óptica da partícula em um feixe de laser fortemente focado em alto vácuo, um truque que foi originalmente introduzido pelo prêmio Nobel Arthur Ashkin há muitas décadas, e isso também é usado para isolar átomos. "O verdadeiro desafio é resfriar o movimento das partículas até seu estado fundamental quântico. O resfriamento a laser por meio de transições atômicas está bem estabelecido e é uma escolha natural para os átomos, mas não funciona para sólidos, "diz o autor principal Uros Delic, da Universidade de Viena.

p Por esta razão, a equipe tem trabalhado na implementação de um método de resfriamento a laser proposto pelo físico austríaco Helmut Ritsch da Universidade de Innsbruck e, independentemente, pelo co-autor do estudo Vladan Vuletic e ganhador do Nobel Steven Chu. Eles haviam anunciado recentemente uma primeira demonstração do princípio de funcionamento, resfriamento da cavidade por espalhamento coerente; Contudo, eles ainda estavam limitados a operar longe do regime quântico.

p "Atualizamos nosso experimento e agora somos capazes não apenas de remover mais gás de fundo, mas também para enviar mais fótons para resfriamento, "diz Delic. Dessa forma, o movimento da conta de vidro pode ser resfriado direto para o regime quântico. "É engraçado pensar sobre isso:a superfície da nossa conta de vidro é extremamente quente, cerca de 300 graus Celsius, porque o laser aquece os elétrons do material. Mas o movimento do centro de massa da partícula é ultra-frio, cerca de 0,00001 graus Celsius de distância do zero absoluto, e podemos mostrar que a partícula quente se move de forma quântica. "

p Os pesquisadores estão entusiasmados com as perspectivas de seu trabalho. O movimento quântico de sólidos também foi investigado por outros grupos em todo o mundo, junto com a equipe de Viena. Até agora, sistemas experimentais consistiam em ressonadores nano e micromecânicos - em essência, tambores ou pranchas de mergulho fixados a uma estrutura de suporte rígida. "A levitação óptica traz muito mais liberdade:ao mudar a armadilha óptica - ou mesmo desligá-la - podemos manipular o movimento das nanopartículas de maneiras completamente novas, "diz Nikolai Kiesel, co-autor e professor assistente da Universidade de Viena.

p Vários esquemas ao longo dessas linhas foram propostos, entre outros pelos físicos austríacos Oriol Romero-Isart e Peter Zoller em Innsbruck, e agora pode se tornar possível. Por exemplo, em combinação com o estado fundamental de movimento recém-alcançado, os autores esperam que isso abra novas oportunidades para desempenho de detecção sem precedentes, o estudo dos processos fundamentais dos motores térmicos no regime quântico, bem como o estudo de fenômenos quânticos envolvendo grandes massas. "Uma década atrás, começamos este experimento motivados pela perspectiva de uma nova categoria de experimentos quânticos. Finalmente abrimos a porta para este regime. "