Ano passado, Anupam Mazumdar, um físico da Universidade de Groningen, juntamente com colegas do Reino Unido propuseram um experimento que poderia provar conclusivamente se a gravidade é um fenômeno quântico. Este experimento se concentraria na observação de dois relativamente grandes, sistemas quânticos emaranhados em queda livre. Em um novo artigo, publicado em 4 de junho em Pesquisa de revisão física , os cientistas descrevem com mais detalhes como dois tipos de ruído podem ser reduzidos. Eles sugerem que a interferência quântica poderia ser aplicada na produção de um instrumento sensível que pudesse detectar movimentos de objetos que vão desde borboletas a ladrões e buracos negros.

Central para este experimento é um diamante minúsculo, apenas alguns nanômetros de tamanho, em que um dos átomos de carbono foi substituído por um átomo de nitrogênio. De acordo com a física quântica, o elétron extra neste átomo absorveria ou não a energia do fóton de um laser.

Diamante

A absorção da energia alteraria o valor de spin do elétron, um momento magnético que pode ser para cima ou para baixo. "Assim como o gato de Schrödinger, que está morto e vivo ao mesmo tempo, este spin do elétron absorve e não absorve a energia do fóton, então seu giro é tanto para cima quanto para baixo, "Mazumdar explica. Este processo resulta na superposição quântica de todo o diamante. Ao aplicar um campo magnético, é possível separar os dois estados quânticos. Quando esses estados quânticos são reunidos novamente desligando o campo magnético, eles criarão um padrão de interferência.

Este diamante é pequeno o suficiente para sustentar essa superposição, mas também é suficientemente grande para ser afetado pela força da gravidade. Quando dois desses diamantes são colocados lado a lado em condições de queda livre, eles apenas interagem por meio da força da gravidade entre eles. O experimento foi originalmente projetado para testar se a própria gravidade é um fenômeno quântico. Simplificando, como o emaranhamento é um fenômeno quântico, o emaranhamento de dois objetos que interagem apenas por meio da gravidade serviria como prova de que a gravidade é um fenômeno quântico.

Colisão

Qualquer massa em movimento terá um efeito neste sistema quântico muito sensível. Em seu último artigo, Mazumdar e colegas descrevem como esses distúrbios podem ser reduzidos. Contudo, também é evidente que este sistema poderia ser usado para detectar massas em movimento. A primeira fonte de ruído é a colisão do gás com a cápsula experimental em queda livre. Até mesmo o impacto dos fótons pode criar uma perturbação. "Nossos cálculos mostram que esses efeitos são minimizados colocando a cápsula experimental dentro de um recipiente maior, que cria um ambiente controlado, "Mazumdar explica.

Dentro de um recipiente externo, este ruído é insignificante a uma pressão de 10 ^-6 Pascal, mesmo à temperatura ambiente. Os requisitos para as condições dentro da cápsula experimental são mais rigorosos. Atualmente, os cientistas estimam uma pressão necessária de 10 ^-15 Pascal por volta de 1 Kelvin. Dado o estado atual da tecnologia, isso ainda não é viável, mas Mazumdar espera que isso seja possível em cerca de 20 anos.

Detritos espaciais

Objetos em movimento, mesmo tão pequeno quanto uma borboleta, localizado próximo ao local experimental constituem uma segunda fonte de ruído. Os cálculos revelam que esse ruído também pode ser mitigado com relativa facilidade, limitando o acesso ao local experimental. As pessoas devem manter uma distância de pelo menos 2 metros do local experimental, e os carros devem manter uma distância mínima de 10 metros do local. A passagem de aviões a uma distância de mais de 60 metros do local experimental não seria um problema. Todos esses requisitos podem ser cumpridos facilmente.

Assim que o experimento estiver instalado e funcionando, seu escopo pode ser estendido além de uma investigação da gravidade quântica, de acordo com Mazumdar. "Você poderia colocá-lo em uma nave espacial, onde está em queda livre o tempo todo. Então, você pode usá-lo para detectar detritos espaciais de entrada. Usando vários sistemas, seria até possível obter a trajetória dos destroços. “Outra opção é colocar tal sistema no cinturão de Kuiper, onde sentiria o movimento de nosso sistema solar no espaço. "E poderia detectar qualquer buraco negro próximo, "Mazumdar acrescenta.

De volta à Terra, o sistema quântico seria capaz de detectar movimentos tectônicos e talvez fornecer alertas precoces de terremotos. E, claro, a sensibilidade do sistema quântico a qualquer movimento ocorrendo nas proximidades o tornaria um ideal, se um pouco complexo, sensor de movimento e alarme anti-roubo. Mas para agora, o foco nas próximas décadas é determinar se a gravidade é um fenômeno quântico.