p Pesquisadores da ETH Zurich prenderam uma pequena esfera medindo cem nanômetros usando luz laser e reduziram seu movimento para o estado mecânico quântico mais baixo. Esta técnica pode ajudar os pesquisadores a estudar os efeitos quânticos em objetos macroscópicos e construir sensores extremamente sensíveis. p Por que os átomos ou partículas elementares podem se comportar como ondas de acordo com a física quântica, o que permite que eles estejam em vários lugares ao mesmo tempo? E por que tudo o que vemos ao nosso redor obviamente obedece às leis da física clássica, onde tal fenômeno é impossível? Nos últimos anos, pesquisadores têm persuadido objetos cada vez maiores a se comportarem mecanicamente. Uma consequência disso é que, ao passar por uma fenda dupla, esses objetos formam um padrão de interferência que é característico das ondas.

p Até agora, isso poderia ser alcançado com moléculas compostas por alguns milhares de átomos. Contudo, os físicos esperam um dia ser capazes de observar tais efeitos quânticos com objetos apropriadamente macroscópicos. Lukas Novotny, professor de fotônica, e seus colaboradores no Departamento de Tecnologia da Informação e Engenharia Elétrica da ETH Zurich deram um passo crucial nessa direção. Seus resultados foram publicados recentemente na revista científica Natureza .

p Nanosfera pairando

p O objeto macroscópico no laboratório de Novotny é uma minúscula esfera de vidro. Embora tenha apenas cem nanômetros de diâmetro, ele consiste em até 10 milhões de átomos. Usando um feixe de laser bem focalizado, a esfera é feita para pairar em uma armadilha óptica dentro de um recipiente a vácuo resfriado a 269 graus abaixo de zero. Quanto mais baixa a temperatura, quanto menor é o movimento térmico.

p "Contudo, para ver claramente os efeitos quânticos, a nanosfera precisa ser desacelerada ainda mais, todo o caminho até seu estado fundamental de movimento, "explica Felix Tebbenjohanns, um pós-doutorado no laboratório de Novotny. As oscilações da esfera, e, portanto, sua energia de movimento, são reduzidos ao ponto em que a relação de incerteza da mecânica quântica proíbe uma redução adicional. "Isso significa que congelamos a energia do movimento da esfera a um mínimo próximo ao movimento do ponto zero da mecânica quântica, "Tebbenjohanns diz.

p Medindo e desacelerando

p Para alcançar isto, os pesquisadores usam um método conhecido por desacelerar o balanço de um playground:a quantidade certa de empurrar ou puxar na direção certa, dependendo de onde o balanço acontece. Com um swing, dar uma boa olhada e agir de acordo fará o truque. No caso de uma nanosfera, Contudo, uma medição mais precisa é necessária. Esta medição consiste em sobrepor a luz refletida pela esfera em outro feixe de laser, o que resulta em um padrão de interferência. A partir da posição desse padrão de interferência, é possível deduzir onde a esfera está localizada dentro da armadilha do laser. Essa informação, por sua vez, é usado para calcular a força com que a esfera deve ser empurrada ou puxada para desacelerá-la. A desaceleração em si é feita por dois eletrodos, cujo campo elétrico exerce uma força de Coulomb determinada com precisão na nanosfera eletricamente carregada.

p Primeiro controle quântico no espaço livre

p "Esta é a primeira vez que tal método foi usado para controlar o estado quântico de um objeto macroscópico no espaço livre, "Novotny diz. Embora resultados semelhantes tenham sido obtidos com esferas em ressonadores ópticos, A abordagem da Novotny tem vantagens importantes:é menos suscetível a perturbações, e desligando a luz do laser pode-se, se necessário, examine a esfera em completo isolamento.

p Tal exame isolado torna-se particularmente relevante quando se tenta realmente realizar experimentos de interferência, como aqueles observados com ondas de luz, com a nanosfera. Isso ocorre porque, para ver os efeitos de interferência, a onda da mecânica quântica da esfera precisa ser suficientemente grande. Uma maneira de conseguir isso é desligar a armadilha de laser após resfriar a esfera ao seu estado fundamental de movimento, o que permite que sua onda quântica se expanda livremente. Diferentes partes da onda podem então cair por uma fenda dupla. Tal como acontece com as moléculas, também neste caso, espera-se que a superposição das ondas de matéria resulte em um padrão de interferência característico.

p Possíveis aplicações em sensores

p "Por enquanto, Contudo, isso é apenas um sonho, "Novotny adverte. Ainda assim, ele também menciona que as nanoesferas flutuantes são de interesse não apenas para a pesquisa básica, mas também pode ter aplicações práticas. Hoje em dia já existem sensores que podem medir as menores acelerações ou rotações usando ondas atômicas interferentes. À medida que a sensibilidade de tais sensores aumenta com o aumento da massa do objeto de interferência mecânica quântica, os sensores poderiam ser imensamente aprimorados com nanoesferas.