Na vida cotidiana, a matéria se comporta de maneira previsível, maneira esperada. Se você jogar uma bola, você supõe que ele viajará em uma determinada direção e terá um recuo previsível. O que mais, as forças exercidas sobre um objeto não teriam impacto sobre outro, objeto independente.

Mas na mecânica quântica - a física dos minúsculos - as regras são completamente diferentes. Em um, dois, e sistemas de três partículas, ações que acontecem em um local podem influenciar fortemente átomos distantes. Os cientistas ainda não têm uma compreensão completa disso, mas, analisando o comportamento desses sistemas e de outros mais complexos, eles esperam encontrar insights.

Pesquisadores da Unidade de Sistemas Quânticos do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa, ao lado de colaboradores na University College Dublin e na Durham University, simulei um desses sistemas, que revelou estados quânticos - maneiras como as partículas se organizam em sistemas isolados - que eram inesperados. Seus resultados, publicado em New Journal of Physics , poderia ter aplicações para tecnologias quânticas.

"Se você atirar uma pedra de um barco, a pedra vai para um lado e o barco vai para o outro, "explicou o professor Thomas Busch, quem lidera a Unidade. "Na mecânica quântica, podemos ter correlações muito mais fortes em distâncias muito maiores. É como se você colocasse uma meia vermelha e outra verde, então alguém na Antártica, quem você nunca conheceu, teria que fazer o mesmo. E nosso trabalho encontrou novos estados com essas correlações muito fortes, que pode ser controlado muito bem. "

Experimentando com dois átomos

Quando os cientistas pesquisam sistemas macroscópicos, eles tendem a olhar para muitas partículas - digamos 1, 023. Porque existem tantos, eles não podem seguir todos os átomos e devem fazer suposições. Para evitar isso, os pesquisadores neste estudo usaram outra opção.

"Simulamos um sistema com apenas dois átomos, "disse o primeiro autor Ayaka Usui, um Ph.D. aluno da Unidade. "Isso forneceu um alicerce para o sistema maior, mas podíamos controlar tudo e ver exatamente o que estava acontecendo. E, para controlar ainda mais este sistema, consideramos átomos superfrios. "

Em temperatura ambiente, as partículas se movem muito rapidamente. Quanto mais quente for, quanto mais rápido eles se movem. Usando resfriamento a laser, esses átomos podem ser desacelerados e resfriados até que atinjam a velocidade quase zero e, portanto, sejam superfrios. Isso tornou muito mais fácil para Ayaka e seus colegas descrevê-los em suas simulações.

Em um sistema como este, a coisa mais simples que as partículas podem fazer é colidir umas com as outras. Isso os força a se mover e mudar de direção, mas as partículas também têm algo chamado spin. O spin de uma partícula está apontando para cima ou para baixo e influencia ainda mais como ela se move - um efeito chamado acoplamento spin-órbita. Quando os pesquisadores simularam um sistema com dois átomos superfrios acoplados spin-órbita, esses novos estados, com suas correlações muito fortes, foram revelados.

"Temos os sistemas com duas partículas onde você obtém esses estados e aqueles com 1, 023 onde você não, "disse o Dr. Thomás Fogarty, Bolsista de Pós-Doutorado na Unidade. "Em algum lugar ao longo desta longa cadeia de adição de partículas, esses novos estados vão embora. "

Mais insights de engenharia

"Ao lado dos novos estados, descobrimos as fórmulas que descrevem exatamente este sistema, "disse Ayaka." Então agora, podemos projetá-lo. "

Ao encontrar essas fórmulas, os pesquisadores têm controle sobre o sistema e agora planejam alterar os parâmetros para observar a dinâmica do sistema.

"Vamos dividir o sistema, então temos dois deles, "disse Ayaka." Podemos usar as correlações fortes para nos ajudar a medir o sistema. Se encontrarmos um átomo em um dos sistemas, sabemos que o outro também está naquele, sem medi-lo, porque eles estão fortemente correlacionados. "

Embora esta pesquisa se concentre apenas em um pequeno aspecto do que a mecânica quântica pode fazer, tem inúmeras aplicações, disse o professor Busch.

"As tecnologias quânticas precisam dessas correlações, "ele explicou." Esses novos estados têm as correlações não clássicas mais fortes que conhecemos, e podemos projetá-los. Com esta pesquisa, poderíamos construir computadores mais poderosos. Poderíamos criar dispositivos de medição que medem pequenas diferenças de gravidade ou pulsos elétricos no cérebro. Existem tantos aplicativos para trabalhar. "