doi.org/10.1103/PhysRevB.109.L220407
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#Ondas gravitacionais
Pesquisadores demonstraram que átomos frios podem ser usados “”para simular ondas gravitacionais em um ambiente de laboratório.
Quando dois buracos negros colidem, eles enviam ondulações através do espaço e do tempo, muito parecidas com ondas se espalhando por um lago. Essas ondulações, conhecidas como ondas gravitacionais, foram previstas pela primeira vez por Einstein em 1916 e finalmente detectadas em setembro de 2015 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO). Detectar ondas gravitacionais é um desafio de engenharia alucinante: capturar uma onda tão grande quanto nosso sistema solar requer medir mudanças em distância menores que a largura de um núcleo atômico.
Mas agora, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), da Universidade de Tohoku e da Universidade de Tóquio propuseram um método para simular ondas gravitacionais na bancada do laboratório através do condensado quântico de átomos frios. Os cientistas são todos membros atuais ou anteriores da Unidade de Teoria da Matéria Quântica do OIST, e suas descobertas foram publicadas no periódico Physical Review B, onde o artigo foi selecionado como a escolha do editor.
O legado de Einstein e os desafios modernos:
Bose-Einstein Condensate and Spin Nematics
“A teoria da relatividade geral de Einstein mudou a maneira como pensamos sobre espaço e tempo”, relata o professor Nic Shannon, autor sênior do estudo e chefe da unidade. “Ela nos ensinou que o espaço pode se curvar para formar um buraco negro e que pode vibrar, criando ondas que cruzam o universo na velocidade da luz. Essas ondas gravitacionais contêm informações importantes sobre o nosso universo. O problema é que elas são muito, muito difíceis de observar.”
Para enfrentar esse desafio, os cientistas construíram telescópios gigantes de ondas gravitacionais, como o LIGO nos EUA, o interferômetro Virgo na Europa e o Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) no Japão. Mas mesmo com esses instrumentos que medem muitos quilômetros de diâmetro, só podemos detectar ondas vindas dos eventos astronômicos mais violentos, como buracos negros colidindo.
Uma abordagem alternativa é explorar fenômenos na Terra que imitam diferentes aspectos da relatividade geral. Por acaso, a equipe percebeu que um fenômeno quântico que eles estavam estudando no contexto de ímãs e átomos frios no laboratório poderia fornecer um análogo exato das ondas gravitacionais.
“Este resultado é importante”, diz o professor Han Yan da Universidade de Tóquio, “porque torna possível simular e estudar ondas gravitacionais em um ambiente experimental muito mais simples e usar os resultados para nos ajudar a entender as ondas gravitacionais reais.”
Condensado de Bose-Einstein e Spin Nematics
Além de suas previsões sobre ondas gravitacionais, Einstein também previu que os bósons, um tipo de partícula quântica, poderiam, quando resfriados, existir em um estado que permite a formação do Condensado de Bose-Einstein (BEC), por meio do qual um grupo de partículas age em perfeita harmonia.
A equipe se concentrou na matéria em um tipo específico de BEC, chamado spin nematics. “As fases nematics estão ao nosso redor”, explica o professor Shannon, “nos Liquid Crystal Displays (LCDs) de nossos smartphones, tablets e televisores.” Em LCDs, pequenas moléculas em forma de haste se alinham uniformemente e controlam o fluxo de luz na tela. A equipe do OIST vinha estudando as versões quânticas de cristais líquidos, spin nematics, há algum tempo. Ao contrário das moléculas em LCDs, as partículas quânticas em um estado spin nematic suportam ondas, que transportam energia pelo sistema. “Percebemos que as propriedades das ondas no estado spin nematic são matematicamente idênticas às das ondas gravitacionais”, diz o Prof. Shannon, “e graças ao trabalho anterior com os Profs. Rico Pohle e Yutaka Akagi, sabíamos como simular essas ondas.”
“Sempre fui fascinado pelo fato de podermos descrever o que parecem ser fenômenos diferentes por estruturas matemáticas subjacentes muito semelhantes e, para mim, esta é a parte mais bonita da física”, diz a Dra. Leilee Chojnacki da unidade do OIST e principal autora do estudo. “Então, foi muito emocionante para mim trabalhar em dois ramos muito diferentes da física, ondas gravitacionais e a física quântica de átomos frios, e juntá-los de uma forma que não havia sido explorada anteriormente.”
Publicado em 11/09/2024 23h55
Artigo original:
- https://scitechdaily.com/einsteins-theories-come-alive-cold-atoms-shed-light-on-gravitational-waves/
Estudo original: