Um conjunto de quatro espelhos usados pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) para detectar ondulações no espaço-tempo foi resfriado tanto que estão quase em seu estado mínimo de energia. Os espelhos marcam os maiores objetos já trazidos tão perto desse estado quântico frígido, uma fração acima do zero absoluto.
Em uma escala quântica, temperatura e movimento são um e o mesmo: quanto mais uma partícula está vibrando, mais quente ela fica. Esses pacotes de vibração, também chamados de fônons, devem ser removidos para trazer um objeto ao seu estado fundamental. Até agora, isso só foi alcançado com objetos com massas de minúsculas frações de um grama.
Agora, Chris Whittle do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e seus colegas resfriaram um sistema com uma massa efetiva de 10 kg da temperatura ambiente até 77 nanokelvin, marcando um grande salto na massa de um sistema que pode ser aproximado seu estado fundamental. O sistema completo consiste em quatro espelhos, cada um pesando 40 quilos, mas juntos eles vibram como se fossem um único objeto de 10 quilos.
A equipe fez isso usando um dos muitos sistemas de feedback do LIGO, no qual um feixe de luz é direcionado a um espelho para medir sua vibração e, em seguida, um campo eletromagnético é aplicado para desacelerar esse movimento. “É como uma criança balançando em um balanço: você a empurra contra o movimento dela para fazê-la parar”, diz Whittle.
Como as vibrações que os pesquisadores queriam remover eram tão pequenas, eles precisaram medi-las com extrema precisão para aplicar o impulso certo, que é uma das razões pelas quais usaram o sistema extraordinariamente exato do LIGO para este trabalho. Usando esse loop, eles reduziram o número médio de fônons no sistema em um determinado momento de cerca de 10 trilhões para pouco menos de 11.
O objetivo deste trabalho é ajudar a explicar por que geralmente não vemos objetos macroscópicos em estados quânticos, o que alguns físicos sugeriram que pode ser devido aos efeitos da gravidade.
“Se você quiser testar isso, você precisa de duas coisas: você precisa de um objeto grande o suficiente para medir o efeito da gravidade sobre ele e precisa realizar esse objeto em um estado quântico”, diz Vivishek Sudhir do MIT, membro a equipe de pesquisa. Usar esses tipos de estados quânticos também pode permitir que instrumentos científicos como o LIGO obtenham maior precisão, mas isso está muito longe no futuro, diz ele.
Publicado em 19/06/2021 17h30
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