Cientistas do MIT descobriram uma maneira de amplificar os sinais difíceis de ler de partículas em relações quânticas. Seu método pode levar a melhores medições de muitos fenômenos minúsculos, desde relógios atômicos até a busca de matéria escura indescritível. Seu artigo aparece agora na Nature Physics.
Sim, esta pesquisa é legal e científica, mas todos podemos nos relacionar com a questão fundamental aqui. Como você faz coisas silenciosas mais altas? Você as amplifica. Talvez você tenha tentado assistir a um vídeo em que mesmo a configuração de som mais alta não seja alta o suficiente em seu telefone e, em seguida, baixou um programa de “aumento de volume” para, de alguma forma, aumentar tudo para 11 – quem sabia que isso era possível? Informações do portal Popular Mechanics.
Os fenômenos quânticos precisam desesperadamente de um aumento de volume. Basicamente, os físicos podem pegar átomos de diferentes elementos e superesfriá-los até que estejam o mais próximo possível do zero absoluto que podemos gerenciar razoavelmente. Nesse ponto, os movimentos dos átomos são bastante lentos, tornando-os analisáveis a olho nu. Ou, isto é, o olho nu do microscópio eletrônico ou outro instrumento extremamente afinado.
Mas ainda há um problema. Sim, desacelerar os átomos nos permite observar muito sobre eles, mas muitos outros fenômenos são muito pequenos para serem vistos, mesmo assim, e mesmo com as melhores ferramentas disponíveis. É como se estivéssemos tentando peneirar a sujeira do leito do rio para encontrar ouro, mas nosso medidor de tela ainda é muito largo. O ouro está passando. Fizemos todo o possível para fazer uma tela mais fina – agora precisamos aumentar o ouro, se pudermos.
Os físicos do MIT observaram que pequenos fenômenos ainda estão escapando ao conhecimento de nossos instrumentos. E eles não estão sozinhos – a busca pela matéria escura é uma das questões mais urgentes da física! Portanto, todos estão muito interessados em encontrar uma maneira de impulsionar esses fenômenos para o reino da observabilidade. Nesse caso, a solução envolve algo que soa estranho: voltar o tempo para trás.
Para estudar como impulsionar os fenômenos quânticos, os cientistas fizeram nuvens de 50 a 400 átomos do elemento metálico itérbio. O itérbio é o líder global em relógios atômicos e detém o recorde do menor tempo perdido em geral – algo como um quintilionésimo de segundo, em comparação com os momentos em que os melhores relógios perdiam 15 minutos ou mais por dia. Em um relógio atômico, os átomos são presos por lasers e “provocados” por mais lasers. O itérbio é popular para outra aplicação, a computação quântica, onde também é preso por lasers e depois estimulado.
No experimento do MIT, a nuvem de itérbio é mantida por um sistema de lasers e resfriada a quase zero absoluto. Uma vez que os átomos são super desacelerados pelo frio extremo, os cientistas usam um laser azul “emaranhado” que coloca os átomos no estado de emaranhamento: um estado quântico onde os átomos agem juntos mesmo que estejam separados por uma distância, às vezes até uma grande distância. Então – e esta é a grande novidade – eles usam um laser vermelho de ação oposta para puxar os átomos de volta do emaranhamento. É conhecido como “reversão do tempo”, porque rebobina o fenômeno quântico.
Os cientistas teorizam há décadas que um sistema pode ter sua energia revertida dessa maneira, e qualquer coisa que tenha acontecido com o sistema emaranhado seria ampliada pela reversão. Ao usar o laser vermelho e observar os resultados, a equipe confirmou que esse era o caso. Ao repetir sua configuração experimental milhares de vezes, eles observaram que a reversão ampliou os fenômenos quânticos em até 15 vezes.
Este trabalho impacta a busca por matéria escura. Os relógios atômicos quânticos são parte integrante da busca pela matéria escura de maneira fundamental. Digamos que existam relógios atômicos em todo o mundo, todos eles medindo o tempo nos extremos quintilionésimos de segundo. Os cientistas podem observar quando e como esses relógios são perturbados como uma maneira de rastrear onde a matéria escura pode estar passando, como uma nuvem escura cobrindo o sol, mas por tempo.
