doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
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#Quark
Uma das previsões mais surpreendentes da física é o emaranhamento, um fenômeno em que os objetos podem estar a uma certa distância um do outro, mas ainda assim ligados entre si. Os exemplos mais conhecidos de emaranhamento envolvem pequenos pedaços de luz (fótons) e baixas energias.
No Large Hadron Collider em Genebra, o maior acelerador de partículas do mundo, um experimento chamado ATLAS acabou de encontrar entrelaçamento em pares de quarks superiores: as partículas mais pesadas conhecidas pela ciência.
Os resultados são descritos em um novo artigo de meus colegas e de mim na colaboração do ATLAS, publicado hoje na Nature.
O que é emaranhamento? Na vida cotidiana, pensamos nos objetos como sendo “separados” ou “conectados”.
Duas bolas separadas por um quilômetro estão separadas.
Duas bolas unidas por um pedaço de corda estão conectadas.
Quando dois objetos estão “emaranhados”, não há conexão física entre eles, mas eles também não estão verdadeiramente separados.
Você pode fazer uma medição do primeiro objeto e isso é suficiente para saber o que o segundo objeto está fazendo, mesmo antes de olhar para ele.
Os dois objetos formam um único sistema, mesmo que não haja nada que os conecte.
Isso já foi demonstrado que funciona com fótons em lados opostos de uma cidade.
A ideia será familiar para os fãs da recente série de streaming 3 Body Problem, baseada nos romances de ficção científica de Liu Cixin.
Na série, os alienígenas enviaram um pequeno supercomputador à Terra para se comunicar com a nossa tecnologia e permitir que eles se comuniquem conosco.
Como esse pequeno objeto está emaranhado com um gêmeo no mundo natal dos alienígenas, eles podem se comunicar com ele e controlá-lo, mesmo estando a quatro anos-luz de distância.
Essa parte da história é ficção científica: o entrelaçamento não permite realmente que você envie sinais mais rápido do que a luz.
(Parece que o entrelaçamento deveria permitir que você faça isso, mas, de acordo com a física quântica, isso não é possível.
Até agora, todas as nossas experiências são consistentes com essa previsão.
Mas o próprio emaranhamento é real.
Ele foi demonstrado pela primeira vez para fótons na década de 1980, em um experimento que era de última geração.
Hoje, você pode comprar uma caixa de um fornecedor comercial que cuspirá pares de fótons emaranhados.
O emaranhamento é uma das propriedades descritas pela física quântica e é uma das propriedades que os cientistas e engenheiros estão tentando explorar para criar novas tecnologias, como a computação quântica.
Desde a década de 1980, o emaranhamento também foi observado com átomos, com algumas partículas subatômicas e até mesmo com pequenos objetos que sofrem vibrações muito, muito leves.
O novo desenvolvimento de Genebra é que o emaranhamento foi visto em pares de partículas chamadas quarks superiores, onde há grandes quantidades de energia em um espaço muito pequeno.
Então o que são quarks?
A matéria é feita de moléculas; moléculas são feitas de átomos; e um átomo é feito de partículas leves chamadas elétrons orbitando um núcleo pesado no centro, como o Sol no centro do sistema solar. Já sabíamos disso por meio de experimentos por volta de 1911.
Então aprendemos que o núcleo é feito de prótons e nêutrons, e na década de 1970 descobrimos que prótons e nêutrons são feitos de partículas ainda menores chamadas quarks.
Existem seis tipos de quark no total: os quarks “up” e “down” que compõem prótons e nêutrons, e então quatro mais pesados. O quinto quark, o quark “beauty” ou “bottom”, é cerca de quatro vezes e meia mais pesado que um próton, e quando o encontramos achamos que era muito pesado. Mas o sexto e último quark, o “top”, é um monstro: ligeiramente mais pesado que um átomo de tungstênio e 184 vezes a massa de um próton.
Ninguém sabe por que o quark top é tão massivo. O quark top é um objeto de estudo intenso no Large Hadron Collider, exatamente por esse motivo. (Em Sydney, onde estou baseado, a maior parte do nosso trabalho no experimento ATLAS é focado no quark top.)
Achamos que a massa muito grande pode ser uma pista. Talvez o quark top seja tão massivo porque ele sente novas forças, além das quatro que já conhecemos. Ou talvez tenha alguma outra conexão com a “nova física”.
Sabemos que as leis da física, como as entendemos atualmente, são incompletas. Estudar a maneira como o quark top se comporta pode nos mostrar o caminho para algo novo.
Então, o emaranhamento significa que os quarks top são especiais”
Provavelmente não. A física quântica diz que o emaranhamento é comum e que todos os tipos de coisas podem ser emaranhadas.
Mas o emaranhamento também é frágil. Muitos experimentos de física quântica são feitos em temperaturas ultrafrias, para evitar “bater” no sistema e perturbá-lo. E assim, até agora, o emaranhamento foi demonstrado em sistemas onde os cientistas podem estabelecer as condições certas para fazer as medições.
Por razões técnicas, a massa muito grande do quark top o torna um bom laboratório para estudar o emaranhamento. (A nova medição ATLAS não teria sido possível para os outros cinco tipos de quark.)
Mas os pares de quark top não serão a base de uma nova tecnologia conveniente: você não pode pegar o Large Hadron Collider e carregá-lo por aí. No entanto, os quarks top fornecem um novo tipo de ferramenta para conduzir experimentos, e o emaranhamento é interessante por si só, então continuaremos procurando para ver o que mais encontramos.
Publicado em 23/09/2024 09h40
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