Físicos em Israel criaram um interferômetro quântico em um chip de átomo. Este dispositivo pode ser usado para explorar os fundamentos da teoria quântica, estudando o padrão de interferência entre dois feixes de átomos.
O físico da Universidade de Groningen, Anupam Mazumdar, descreve como o dispositivo pode ser adaptado para usar partículas mesoscópicas em vez de átomos. Essa modificação permitiria aplicativos expandidos. Uma descrição do dispositivo e considerações teóricas sobre sua aplicação pela Mazumdar foram publicadas em 28 de maio na revista Science Advances.
O dispositivo que os cientistas da Universidade Ben-Gurion do Negev criaram é o chamado interferômetro Stern Gerlach, que foi proposto pela primeira vez há cem anos pelos físicos alemães Otto Stern e Walter Gerlach. Seu objetivo original de criar um interferômetro com átomos de propagação livre expostos a gradientes de ímãs macroscópicos não foi praticamente realizado até agora. “Essas experiências foram feitas com fótons, mas nunca com átomos”, explica Anupam Mazumdar, professor de física teórica na Universidade de Groningen e um dos co-autores do artigo na Science Advances.
Diamantes Os cientistas israelenses, liderados pelo professor Ron Folman, criaram um interferômetro em um chip de átomo, que pode confinar e / ou manipular átomos. Um feixe de átomos de rubídio é levitado sobre o chip usando ímãs. Gradientes magnéticos são usados para dividir o feixe de acordo com os valores de spin dos átomos individuais. Spin é um momento magnético que pode ter dois valores, para cima ou para baixo. Os átomos de spin para cima e para baixo são separados por um gradiente magnético. Posteriormente, os dois feixes divergentes são reunidos novamente e recombinados. Os valores de spin são então medidos e um padrão de interferência é formado. O spin é um fenômeno quântico e, em todo este interferômetro, os spins opostos estão emaranhados. Isso torna o interferômetro sensível a outros fenômenos quânticos.
Mazumdar não esteve envolvido na construção do chip, mas contribuiu com insights teóricos para o artigo. Junto com vários de seus colegas, ele propôs anteriormente um experimento para determinar se a gravidade é de fato um fenômeno quântico usando objetos mesoscópicos emaranhados, ou seja, minúsculos diamantes que podem ser colocados em um estado de superposição quântica. ‘Seria possível usar esses diamantes no lugar dos átomos de rubídio neste interferômetro’, explica. No entanto, esse processo seria altamente complexo, pois o dispositivo, que atualmente é operado em temperatura ambiente, precisaria ser resfriado a cerca de 1 Kelvin para o experimento mesoscópico.
Queda livre Se isso for realizado, dois desses chips de átomo poderiam cair livremente juntos (para neutralizar a gravidade externa), de modo que qualquer interação ocorrendo entre eles dependeria da atração gravitacional entre os dois chips. Mazumdar e seus colegas visam determinar se o emaranhamento quântico do par ocorre durante a queda livre, o que significaria que a força da gravidade entre os diamantes é de fato um fenômeno quântico. Outra aplicação deste experimento é a detecção de ondas gravitacionais; sua deformação do espaço-tempo deve ser visível no padrão de interferência.
A implementação real desse experimento ainda está muito distante, mas Mazumdar está muito animado agora que o interferômetro foi criado. ‘Já é [um] sensor quântico, embora ainda tenhamos que descobrir exatamente o que ele pode detectar. O experimento é como os primeiros passos de um bebê – agora, temos que orientá-lo para atingir a maturidade.’
Publicado em 09/06/2021 11h44
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