REALIDADES QUÂNTICAS

Cientistas encontram sinais da existência da 'partícula de Deus'

2011-12-14T09:47:00.000-08:00

Cern divulgou representação de sinal da existência do bóson de Higgs - Foto: AFP

O prêmio mais cobiçado da física de partículas - o bóson de Higgs - está mais perto de ter sua existência confirmada, segundo o anúncio de pesquisadores que encontraram novos indícios da chamada "partícula de Deus" no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês) em Genebra. A partícula é considerada o pedaço que falta na principal teoria da física de partículas - conhecida como Modelo Padrão - que descreve como partículas e forças interagem. Ela seria responsável por dar massa a todas as outras partículas.

Durante um seminário do Cern, organização que opera o LHC, nesta terça-feira, cientistas anunciaram que dois experimentos no colisor conseguiram encontrar sinais que podem ser do bóson de Higgs, causando furor na comunidade científica. No entanto, os pesquisadores ainda não têm dados suficientes para reivindicar verdadeiramente a descoberta.

Encontrar o bóson de Higgs seria um dos maiores avanços científicos dos últimos 60 anos. De acordo com os cientistas, ela é crucial para a compreensão do universo, mas nunca foi observada em experimentos.

Qualidade ''excepcional''

Dois experimentos separados no Grande Colisor de Hádrons - Atlas e CMS - procuram separadamente pela partícula. A teoria do Modelo Padrão não prevê uma massa exata para o bóson de Higgs. Por isso, os físicos precisam utilizar aceleradores de partículas como o LHC para procurar o bóson dentro de um intervalo de massas.

O Atlas e o CMS procuram sinais da partícula entre bilhões de colisões que ocorrem em cada experimento do LHC. Evidências da existência dela apareceriam como pequenos "picos" nos gráficos dos físicos.

Nesta terça-feira, os diretores dos dois projetos disseram ter encontrado estas evidências no intervalo de massa entre 124 e 125 giga elétron-volts (GeV) - cerca de 130 vezes mais pesado do que os prótons encontrados no núcleo dos átomos.

"O excesso (referindo-se ao "pulo" nos dados) pode ser o resultado de uma flutuação, mas também pode ser algo mais interessante. Não podemos excluir nada neste estágio", disse Fabiola Gianotti, porta-voz do Atlas. Guido Tonelli, porta-voz do CMS, disse que "o excesso é muito compatível com um bóson de Higgs do Modelo Padrão nos arredores de 124 giga elétron-volts e abaixo disso, mas a significância estatística dele ainda não é suficiente para dizer nada conclusivo". "O que vemos é consistente tanto como uma flutuação como com a presença do bóson."

A confirmação estatística da medida obtida pelos experimentos ainda é muito baixa para classificá-la formalmente como uma descoberta.

Mecanismo do universo

Segundo os cientistas, quando o universo esfriou após o Big Bang, uma força invisível conhecida como o campo de Higgs teria se formado juntamente com o bóson de Higgs. É este campo que dá massa às partículas fundamentais que formam os átomos. Sem ele, estas partículas passariam pelo cosmos na velocidade da luz e não conseguiriam se aglutinar.

O modo como o campo de Higgs trabalha foi associado ao modo como fotógrafos e repórteres se reúnem ao redor de uma celebridade. O grupo de pessoas é "atraído" fortemente pela celebridade e cria resistência ao seu movimento em um salão, por exemplo. Dessa maneira, o grupo dá "massa" àquela celebridade, tornando sua movimentação mais lenta. "A questão do bóson de Higgs é que sempre dizemos que precisamos dele para explicar a massa, mas sua importância real é que precisamos dele para entender o universo", disse à BBC Tara Shears, física especializada em partículas, da Universidade de Liverpool. "Descobrir a partícula confirma que a abordagem que estamos usando para entender o universo está correta".

Estas preocupações motivam o esforço do Cern para destacar o bóson de Higgs e outros fenômenos usando o LHC. O Grande Colisor de Hádrons fica em um túnel circular de 27 quilômetros de comprimento na fronteira entre a França e a Suíça, repleto de ímãs que "conduzem" partículas de prótons pelo imenso anel. Em certos pontos do trajeto, o colisor faz com que os feixes de prótons se choquem uns com os outros a uma velocidade próxima à velocidade da luz, para que seja possível detectar outras novas partículas nos resultados da colisão.[Fonte: Terra]

Cientistas teletransportam gato de Schrodinger

2011-12-02T12:20:00.000-08:00

O experimento envolve algumas das questóes mais intrigantes da física atual: a luz é uma onda, uma partícula, as duas coisas, ou nenhuma das duas coisas? [Imagem: Science/AAAS]

Se o experimento mental do gato de Schrodinger já não fosse estranho o suficiente, agora cientistas conseguiram complicar tudo um pouco mais.

A equipe do Dr. Noriyuki Lee e seus colegas da Universidade de Tóquio, no Japão, descobriram uma forma de teletransportar o gato de Schrodinger.

Teletransporte

O teletransporte quântico já foi demonstrado com átomos e até mesmo com moléculas de DNA.

No teletransporte quântico, a informação (como o spin de uma partícula ou a polarização de um fóton) é transferida de um local para o outro, sem que ocorra o deslocamento por um meio físico.

Não há transferência de energia nem de matéria.

Gato de Schrodinger

Já o famoso gato morto/vivo foi idealizado por Erwin Schrodinger para explicar o fenômeno quântico da superposição, em que uma partícula fica em dois estados simultaneamente, somente se decidindo entre um deles - ou colapsando, como dizem os físicos - quando se tenta medir esse estado.

Schrodinger explicou isto em termos de objetos em escala macro: um gato fechado em uma caixa contendo um frasco de veneno. O frasco estará aberto se uma partícula quântica estiver em um estado, e fechado se a partícula estiver em outro estado.

Em termos quânticos, o gato estará vivo e morto simultaneamente. Somente quando alguém abrir a caixa - o equivalente a medir o estado quântico da partícula - a partícula colapsará e conheceremos o real estado do gato - vivo ou morto.

Depois de ser teletransportado, gato de Schrodinger chega do outro lado no seu paradoxal estado de vivo/morto. [Imagem: Science/AAAS]

Teletransporte do gato de Schrodinger

Os pesquisadores descobriram uma forma de teletransportar um quanta de luz, ou um fóton, que está em um estado de superposição, ou seja, no chamado estado do gato de Schrodinger.

A partícula quântica superposta é destruída em um local e integralmente reconstruída em outro local, sem perder nenhuma de suas sensíveis propriedades quânticas - ou seja, o gato de Schrodinger chega do outro lado no seu paradoxal estado de vivo/morto.

Os pesquisadores começaram construindo um estado de entrelaçamento, no qual duas partículas compartilham propriedades qualquer que seja a distância entre elas.

Em outro ponto, eles construíram o gato de Schrodinger, a partícula em superposição, que deveria ser teletransportada.

O funcionamento do sistema de teletransporte propriamente dito dificilmente poderia ser descrito em linguagem não-matemática - veja na imagem o aparato necessário para executá-lo.

O processo envolve uma sequência de passos que combinam múltiplos fenômenos quânticos, incluindo compressão e subtração de fótons, entrelaçamento e detecção homódina.

O estado do gato de Schrodinger deve ser destruído em um lugar para que ele reapareça em outro - não foi uma clonagem, mas um teletransporte real. [Imagem: Science/AAAS]

Limite da não-clonagem

Apesar da complexidade do processo e da fragilidade dos estados quânticos envolvidos, os cientistas conseguiram comprovar o teletransporte usando uma ferramenta matemática conhecida como Função de Wigner, que descreve o quão "quântico" um pulso de luz é.

Essa função apresenta valores negativos que funcionam como uma medição da qualidade do teletransporte. Esta qualidade é medida por um número, chamado fidelidade, que deve ser maior do que 2/3 em uma operação de teletransporte feita com sucesso.

Esse valor de 2/3 é o chamado limite da não-clonagem, que garante que não existe mais nenhuma cópia da partícula quântica na origem - o estado do gato de Schrodinger deve ser destruído em um lugar para que ele reapareça em outro.

Ou seja, a partícula superposta de fato foi destruída em um ponto e recriada exatamente igual em outro - ela foi realmente teletransportada.

Transferência instantânea de informação

O experimento demonstra um mecanismo que poderá ser usado para projetar computadores quânticos que serão capazes de transportar informações com precisão e com absoluta segurança - e instantaneamente.

Em vez de disparar os bits através de fibras ópticas, onde há sempre o risco de que eles sejam monitorados por bisbilhoteiros, esses bits poderão ser teletransportados diretamente para o destino.

O mecanismo também é de interesse para o processamento quântico - basta imaginar algo como um dado que sai de um núcleo de processamento diretamente para outro núcleo, ou o resultado de um cálculo que chega instantaneamente no ponto do circuito onde ele está sendo esperado para o próximo passo do algoritmo.

A "sala de teletransporte" usada pelos cientistas japoneses não lembra em nada os aparatos vistos em filmes de ficção científica - e ela só funciona em escala quântica. [Imagem: Science/AAAS]

Luz sobre a luz

Do ponto de vista científico, o experimento demonstra o avanço obtido na manipulação dos objetos quânticos, há poucos anos vistos como meras abstrações.

E renova as esperanças de que os cientistas logo encontrem uma forma de representar graficamente os estados quânticos das partículas, para que tais estados possam ser visualizados diretamente.

Talvez então se conseguirá lançar alguma luz sobre o mistério da própria luz: a luz é uma onda, uma partícula, as duas coisas, ou nenhuma das duas coisas? [Fonte: Inovação Tecnológica]

Bibliografia:

Teleportation of Nonclassical Wave Packets of Light

Noriyuki Lee, Hugo Benichi, Yuishi Takeno, Shuntaro Takeda, James Webb, Elanor Huntington, Akira Furusawa

Science

15 April 2011

Vol.: 332 no. 6027 pp. 330-333

DOI: 10.1126/science.1201034

Make It Quantum and Continuous

Philippe Grangier

Science

15 April 2011

Vol.: 332 no. 6027 pp. 313-314

DOI: 10.1126/science.1204814

Cientistas querem colocar esfera em dois lugares ao mesmo tempo

2011-12-02T12:02:00.000-08:00

Observar o comportamento de um objeto muito grande obedecendo as leis quânticas pode ser a melhor chance de descobrir onde é que a mecânica quântica deixa de funcionar e começa a vigorar a mecânica clássica.[Imagem: Romero-Isart et al.]

Cientistas estão planejando uma experiência desafiadora, que pretende colocar uma esfera em dois lugares ao mesmo tempo.

A ideia é trazer para o mundo macro os fenômenos estranhos da mecânica quântica.

Quântico e clássico

Desde que o mundo quântico comunicou-se com o mundo macro pela primeira vez os cientistas sabem que a mecânica quântica também pode influir no movimento de objetos macroscópicos.

Mas o objetivo agora é mais ambicioso: usar uma esfera "grande" para demonstrar o fenômeno da superposição , que permite que um objeto tenha mais de um estado ao mesmo tempo.

Os físicos têm-se perguntando se os objetos grandes podem seguir as leis quânticas desde que Erwin Schrödinger idealizou um experimento mental que mostra que um gato poderia existir em uma superposição de estar vivo e morto ao mesmo tempo.

Esfera quântica

A ideia agora é atingir uma esfera de vidro de 40 nanômetros de diâmetro, localizada dentro de uma pequena cavidade, com um laser.

Isso deverá forçar a esfera a saltar de um lado da cavidade para o outro.

Mas, como a luz é quântica por natureza, a posição da esfera também deverá ser, o que a obrigará a ficar em uma superposição quântica, irmanando-se com os fótons que a atingem.

O experimento terá de ser realizado em alto vácuo e em temperaturas extremamente baixas, para que a esfera não seja perturbada pelo ruído térmico ou pelas moléculas de ar, contou Oriol Romero-Isart, do Instituto Max Planck de Óptica Quântica, na Alemanha, um dos idealizadores do experimento.

Sem sobreposição

No ano passado, Aaron O'Connell e seus colegas da Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, demonstrou que é possível criar superposições em uma tira de metal de 60 micrômetros de comprimento.

No entanto, a separação física associada com os dois diferentes estados superpostos foi de apenas 1 femtometro (10^-15 metro), equivalente à largura do núcleo de um átomo.

A nova experiência, por sua vez, pretende colocar a esfera de vidro em dois lugares totalmente distintos ao mesmo tempo, sem sobreposição.

"Em nossa proposta, o centro de massa é colocado em uma superposição de localizações espaciais separadas por uma distância maior do que o tamanho do objeto", diz Romero-Isart.

Onde a mecânica quântica deixa de funcionar

Se der certo, será a primeira vez que a superposição será demonstrada em um objeto verdadeiramente macroscópico - embora uma esfera de 40 nanômetros não possa ser vista a olho nu, ela contém milhões de átomos, sendo maior do que um vírus.

Além do experimento com sobreposição de O'Connell, o máximo que se chegou até hoje em experimentos de superposição quântica foi em uma molécula chamada fulereno, com menos de 100 átomos.

Os cientistas afirmam que o experimento, ainda sem data marcada, deverá ser um teste valioso para a própria teoria da mecânica quântica.

Observar o comportamento de tais objetos muito grandes obedecendo as leis quânticas pode ser a melhor chance de descobrir onde é que a mecânica quântica deixa de funcionar e começa a vigorar a mecânica clássica.[Fonte: Inovação Tecnológia]

Bibliografia:

Large Quantum Superpositions and Interference of Massive Nanometer-Sized Objects

O. Romero-Isart, A. C. Pflanzer, F. Blaser, R. Kaltenbaek, N. Kiesel, M. Aspelmeyer, J. I. Cirac

Physical Review Letters

Vol.: 107, 020405 (2011)

DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.020405

Diamantes entrelaçados comunicam-se à distância

2011-12-02T11:51:00.000-08:00

Cada cristal de diamante mede 3 milímetros de largura - maior do que os brilhantes de muitos anéis e brincos - e os dois ficaram a uma distância de 15 centímetros um do outro. [Imagem: Science/AAAS]

Em mais um experimento que demonstra as leis da mecânica quântica em escala macroscópica, cientistas interconectaram dois cristais de diamantes por meio do entrelaçamento.

O entrelaçamento quântico - ou emaranhamento - ocorre quando duas partículas interagem uma com a outra de tal forma que seus estados quânticos se tornam interdependentes.

Isto significa que, mesmo quando eles são distanciados um do outro, o que afetar um deles irá instantaneamente afetar o outro.

Em escala subatômica, esse estranho mecanismo tem sido utilizado para experimentos de criptografia e computação quântica.

Mais recentemente, os cientistas começaram a descobrir formas de fazer com que essa "ação fantasmagórica à distância", como Einstein chamava o entrelaçamento, possa ser observado em objetos macroscópicos.

Diamantes entrelaçados

Ka Chung Lee e seus colegas da Universidade de Oxford, no Reino Unido, usaram um complexo aparato de laser, divisores de feixes de luz e detectores para fazer com que os dois cristais de diamante compartilhassem vibrações atômicas chamadas fónons.

Muito parecidos com as ondas sonoras no ar, os fónons são movimentos de conjuntos de átomos, semelhantes a ondas, que ocorrem em todos os sólidos.

Cada cristal de diamante mede 3 milímetros de largura - maior do que os brilhantes de muitos anéis e brincos - e os dois ficaram a uma distância de 15 centímetros um do outro.

Um pulso de laser estimulou as vibrações fonônicas em uma região dos diamantes medindo 0,05 milímetro por 0,25 milímetro - pequena, mas visível a olho nu.

Essa "região quântica" fica em um estado que é desconhecido até que os cientistas fazem sua medição. Como estão entrelaçadas, a medição de uma delas faz a outra "colapsar" imediatamente para o mesmo valor, mesmo separadas e sem nenhum comunicação entre elas.

Os cientistas acreditam que o fenômeno poderá ser explorado em futuras arquiteturas de processamento quântico de informações, criando qubits menores em chips cristalinos.[Fonte: Inovação Tecnológica]

Bibliografia:

Entangling Macroscopic Diamonds at Room Temperature

K. C. Lee, M. R. Sprague, B. J. Sussman, J. Nunn, N. K. Langford, X.-M. Jin, T. Champion, P. Michelberger, K. F. Reim, D. England, D. Jaksch, I. A. Walmsley

Science

2 December 2011

Vol.: 334 no. 6060 pp. 1253-1256

DOI: 10.1126/science.1211914

LHC revela indícios de uma nova física

2011-11-18T08:43:00.001-08:00

O LHCb é um experimento particularmente adequado para examinar o que é chamado de "violação de carga-paridade".[Imagem: CERN]

Nova Física:

Cientistas do LHC (Large Hadron Collider) apresentaram nesta segunda-feira o que pode ser o primeiro indício de uma "nova física" - fenômenos além da nossa compreensão atual do Universo, o que exigirá a elaboração de novas teorias da física.

Partículas chamadas mésons-D parecem decair de uma forma ligeiramente diferente de suas antipartículas, segundo relatou o físico Matthew Charles, do experimento LHCb, um dos grandes detectores do LHC.

O resultado pode ajudar a explicar porque vemos muito mais matéria do que antimatéria no Universo.

A equipe salienta que uma análise mais aprofundada será necessária para sustentar o resultado - os dados para isso já foram em grande parte coletados, mas ainda não deu tempo para analisá-los.

No momento, eles estão reivindicando uma certeza estatística de "3,5 sigmas" - sugerindo que há uma chance menor do que 0,05% de que o resultado que eles observaram deve-se ao acaso. É necessário chegar a 5 sigmas para que o resultado seja aceito como uma descoberta.

Violação de carga-paridade:

O LHCb é um experimento particularmente adequado para examinar o que é chamado de "violação de carga-paridade" - pequenas diferenças de comportamento se uma dada partícula é trocada por sua equivalente de antimatéria (mudando sua carga) e girada em torno de um dos seus eixos (mudando sua paridade).

Nossa melhor compreensão da física até agora, o chamado Modelo Padrão, sugere que as complicadas cascatas de decaimento dos mésons-D em outras partículas deve ser quase a mesma - com uma variação menor do que 0,1% - apresentada por uma cadeia similar de decaimento de antimatéria.

Mas a equipe do LHCb encontrou uma diferença de cerca de 0,8% - uma diferença significativa que, se for verdade, poderá anunciar a primeira "nova física" encontrada no LHC.

Identificar tal diferença no comportamento das partículas de matéria e antimatéria também pode finalmente ajudar a explicar porque o nosso Universo é esmagadoramente feito de matéria.

"Certamente este tipo de efeito, uma nova fonte de violação de CP, pode ser uma manifestação da física que estabelece a assimetria matéria-antimatéria," explicou o Dr. Matthew Charles, que apresentou os resultados.

No entanto, ele salientou que existem "muitos passos na cadeia" entre confirmar o resultado experimental e resolver a teoria para acomodá-lo.

"Este resultado é uma dica de algo interessante, e, se ele se confirmar, isso significará que, no mínimo, a nossa atual compreensão teórica precisa melhorar," afirmou. "É exatamente o tipo de coisa para a qual o LHC foi construído."

Os sigmas de uma descoberta em física:

A física das partículas tem uma definição para uma "descoberta": um nível de certeza de cinco sigmas.

O número de desvios-padrão, ou sigmas, é uma medida de quão improvável é que um resultado experimental deva-se simplesmente ao acaso, em vez de um efeito real.

O nível três sigmas representa a mesma probabilidade de jogar uma moeda e obter oito caras ou oito coroas em sequência.

Cinco sigmas, por outro lado, corresponderia a lançar a moeda mais de 20 vezes e obter sempre o mesmo resultado.

É altamente improvável que um resultado de cinco sigmas aconteça por acaso, e, assim, um resultado experimental cinco sigma torna-se uma descoberta aceita pela comunidade científica.[Fonte: Inovação Tecnológica]

Luz é gerada pelo vácuo

2011-11-18T07:15:00.001-08:00

Os fótons virtuais que pululam do vácuo quântico são capturados em duplas por um "espelho" que vibra a uma velocidade próxima à velocidade da luz.[Imagem: Philip Krantz/Chalmers]

Luz do vácuo

Cientistas conseguiram produzir luz a partir do vácuo.

A realização do experimento, previsto há mais de 40 anos, coube a Christopher Wilson e seus colegas da Universidade Chalmers, na Suécia.

O grupo conseguiu capturar fótons que pululam do vácuo quântico, aparecendo e desaparecendo continuamente.

Vácuo não é vazio

O experimento é baseado em um dos mais estranhos, mas mais importantes, princípios da mecânica quântica: o princípio de que o vácuo pode ser tudo, menos um vazio "repleto de nada".

Na verdade, o vácuo está repleto de partículas que estão flutuando continuamente entre a existência e a inexistência: elas surgem do nada - ou melhor, do vácuo quântico - têm uma vida efêmera e desaparecem novamente.

Seu tempo de vida é tão curto que esses fótons são mais comumente conhecidos como partículas virtuais.

O que os pesquisadores fizeram foi pescar alguns desses fótons e dar-lhes a eternidade em termos quânticos, ou seja, transformá-los em fótons reais, luz que pode ser detectada por um sensor e medida.

Simulando um espelho

Para capturar os fótons virtuais, os pesquisadores simularam um espelho movendo-se a uma fração significativa da velocidade da luz. O fenômeno, conhecido como efeito de Casimir dinâmico, foi observado experimentalmente pela primeira vez.

"Como não é possível fazer um espelho mover-se rápido o suficiente, nós desenvolvemos outra técnica para obter o mesmo efeito," explica o professor Per Delsing, coordenador da equipe. "Em vez de variar a distância física até um espelho, nós variamos a distância elétrica de um circuito elétrico que funciona como um espelho para micro-ondas".

O "espelho" consiste em um sensor quântico conhecido como SQUID(Superconducting Quantum Interference Device), que é extremamente sensível a campos magnéticos.

Alterando a direção do campo magnético vários bilhões de vezes por segundo, os cientistas fizeram o "espelho" vibrar a uma velocidade equivalente a 25% a velocidade da luz.

Isto é cinco vezes mais do que a tentativa anterior, quando os cientistas afirmaram pela primeira vez ter produzido luz a partir do nada - aquele artigo, contudo, ainda não havia sido aceito para publicação em uma revista científica, o que significa que outros cientistas não haviam avaliado o experimento.

"O resultado foi que os fótons apareceram em pares do vácuo, e nós pudemos medi-los na forma de radiação de micro-ondas," disse Delsing, ou seja, exatamente como a teoria previa.

Materialização dos fótons

O que acontece durante o experimento é que o "espelho" transfere uma parte de sua energia cinética para os fótons virtuais, o que os ajuda a se "materializarem".

Segundo a mecânica quântica, vários tipos de partículas pululam no vácuo quântico. Os cientistas acreditam que foram capazes de detectar os fótons porque eles não têm massa.

"É necessário relativamente pouca energia para excitá-los e tirá-los do estado virtual. Em princípio, pode-se criar outras partículas do vácuo, como elétrons e prótons, mas isso vai exigir um bocado mais de energia," disse Delsing.

Agora os cientistas querem estudar em detalhes esses fótons emergentes: como eles surgem aos pares, os cientistas acreditam que eles possam ser úteis para o desenvolvimento de computadores quânticos, com seus qubits de partículas entrelaçadas.[Fonte: Inovação Tecnológica]

Bibliografia:

Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit

C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, P. Delsing

Nature

17 November 2011

Vol.: 479, 376-379

DOI: 10.1038/nature10561

Leis da Física variam ao longo do Universo

2011-11-10T11:43:00.000-08:00

Os cientistas usaram quasares, gigantescos núcleos galáctivos muito brilhantes e muito distantes da Terra, para iluminar os átomos dispersos pelo espaço. Analisando a luz que nos chega, eles concluíram que esses átomos se comportam de forma diferente dos átomos na Terra.[Imagem: Michael Murphy/Swinburne University of Technology/NASA/ESA

A variação da constante alfa foi detectada como uma continuidade ao longo do espaço, o que daria uma espécie de "eixo preferencial" para o Universo - é como se houvesse um eixo magnético universal, atravessando todo o Universo observável, da mesma forma que há um eixo magnético na Terra. [Imagem: Webb et al.]

O estudo comparou a assinatura espectral de quasares distantes com os resultados obtidos em laboratório para concluir que a constante alfa varia ao longo do Universo. [Imagem: Julian Berengut/UNSW]

Um dos mais queridos princípios da ciência - a constância das leis da física - pode não ser verdadeiro. Um estudo publicado na mais conceituada revista de física, a Physical Review Letters, afirma que as leis da natureza podem variar ao longo do Universo. O estudo concluiu que uma das quatro forças fundamentais, o eletromagnetismo, parece variar de um lugar para outro. O eletromagnetismo é medido por meio da chamada constante de estrutura fina, simbolizada pela letra grega alfa (α). Essa constante é uma combinação de três outras constantes: a velocidade da luz (c), a carga do elétron (e) e a constante de Planck (h), onde α = e2/hc. O resultado é cerca de 1/137, um número sem dimensão, o que a torna ainda mais fundamental do que as outras constantes, como a gravidade, a velocidade da luz ou a carga do elétron. Em termos gerais, a constante alfa mede a magnitude da força eletromagnética - em outras palavras, a intensidade das interações entre a luz e a matéria.

Agora, John Webb e seus colegas das universidades de Nova Gales do Sul e Swinburne, na Austrália, e Cambridge, no Reino Unido, mediram o valor de alfa em cerca de 300 galáxias distantes, usando dados do Very Large Telescope do ESO, no Chile. “Os resultados nos deixaram estupefatos”, disse o professor Webb. “Em uma direção, a partir de nossa localização no Universo, a constante alfa vai ficando gradualmente mais fraca, e gradualmente mais forte na direção oposta.”

Isso mostra uma espécie de “eixo preferencial” para o Universo - chamado pelos cientistas de “dipolo australiano” - de certa forma coincidente com medições anteriores que deram origem à teoria do chamado Fluxo Escuro, que indica que uma parte da matéria do nosso Universo estaria vazando por uma espécie de “ralo cósmico”, sugada por alguma estrutura de um outro universo.

“A descoberta, se confirmada, terá profundas implicações para o nosso entendimento do espaço e do tempo, e viola um dos princípios fundamentais da teoria da Relatividade Geral de Einstein”, completou Webb, referindo-se ao princípio da equivalência de Einstein.

O resultado não é uma completa surpresa: as conclusões haviam sido anunciadas pela equipe em 2010. Naquele momento, porém, o estudo ainda não havia sido publicado em uma revista revisada pelos pares - tanta demora para que outros cientistas analisassem o estudo é uma indicação bem clara do impacto que os resultados podem ter sobre todo o edifício científico estabelecido.

O Dr. Webb e seus colegas vêm trabalhando no assunto há muito mais tempo. Seus primeiros resultados vieram em 1999, mas eram baseados em um número menor de galáxias, de uma região mais restrita do céu. Uma das implicações dessas “constantes inconstantes” é que o Universo pode ser infinito.

“Essas violações são de fato esperadas por algumas ‘teorias de tudo’, que tentam unificar todas as forças fundamentais. Uma alteração suave e contínua de alfa pode implicar que o Universo seja muito maior do que a parte dele que conseguimos observar, possivelmente infinito”, propõe o Dr. Victor Flambaum, coautor do estudo.

Outra possibilidade derivada dessa variação na constante alfa é a existência de multiversos, múltiplos universos que podem, de alguma forma, “tocar-se” uns aos outros.

O professor Webb afirma que essa descoberta também pode dar uma resposta muito natural para uma questão que tem intrigado os cientistas há décadas: Por que as leis da física parecem tão bem ajustadas para a existência da vida?

“A resposta pode ser que outras regiões do Universo não são tão favoráveis à vida como nós a conhecemos, e que as leis da física que medimos em nossa parte do Universo são meramente ‘regras locais’. Nesse caso, não seria uma surpresa encontrar a vida aqui”, afirma o cientista. Isso porque basta uma pequena variação nas leis da física para que, por exemplo, as estrelas deixem de produzir carbono, o elemento básico da “vida como a conhecemos”.

Para chegar às suas conclusões, os cientistas usaram a luz de quasares muito distantes como faróis. O espectro da luz que chega até nós, vinda de cada quasar, traz consigo sinais dos átomos nas nuvens de gás que a luz atravessou em seu caminho até a Terra. Isso porque uma parte da luz é absorvida por esses átomos, em comprimentos de onda específicos que revelam a identidade desses átomos - de quais elementos eles são. Essas “assinaturas espectrais”, chamadas linhas de absorção, são então comparadas com as mesmas assinaturas encontradas em laboratório aqui na Terra para ver se a constante alfa é mesmo constante. Os resultados mostraram que não, que alfa varia ao longo de um eixo que parece atravessar o Universo, assim como um eixo magnético atravessa a Terra.

Quanto ao espanto causado pelos resultados, o Dr. Webb afirma que as chamadas leis da física não estão “escritas na pedra”. “O que nós entendemos por ‘leis da natureza’? A frase evoca um conjunto de regras divinas e imutáveis que transcenderiam o ‘aqui e agora’ para se aplicar em todos os lugares e em todos os tempos no Universo. A realidade não é tão grandiosa.

“Quando nos referimos às leis da natureza, estamos na verdade falando de um determinado conjunto de ideias que são marcantes na sua simplicidade, que parecem ser universais e que têm sido verificadas por experimentos. Portanto, somos nós, seres humanos, que declaramos que uma teoria científica é uma lei da natureza. E os seres humanos frequentemente estão errados”, escreveu ele em um artigo na revista Physics World.

Reação muito semelhante teve um dos pesquisadores responsáveis pelo recente experimento que teria identificado neutrinos viajando a velocidades superiores à da luz, outro achado que contraria as atuais leis da física. Ao falar sobre a controvérsia e as inúmeras tentativas de dar outras explicações para os resultados, o Dr. Sergio Bertolucci afirmou que “um experimentalista tem que provar que uma medição está certa ou está errada. Se você interpretar cada nova medição com as velhas teorias, você nunca terá uma nova teoria”.

E como os cientistas poderão ter certeza de que é hora de investir em uma nova teoria? Se há variação em uma das constantes, é de se esperar que as outras constantes fundamentais também variem. Tudo o que eles terão que fazer será projetar experimentos que possam verificar variações na gravidade, na carga do elétron ou na velocidade da luz.[Fonte: Inovação Tecnológica]

Começam pesquisas em antimatéria que podem desvendar origem do Universo

2011-09-29T14:11:00.000-07:00

O Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN, na sigla em inglês) informou nesta quarta-feira que deu início ao ELENA, projeto que prevê a produção de antiprótons a partir do ano de 2016, o que ajudará no estudo da antimatéria. Este projeto, aprovado no mês passado, será realizado por cientistas da Alemanha, Canadá, Dinamarca, Estados Unidos, França, Japão, Reino Unido e Suécia, sob a coordenação do CERN.

O diretor do projeto, Stéphan Maury, explicou em comunicado que o ELENA "é uma instalação dirigida a produzir antiprótons com os menores níveis de energia já alcançados".

O anel desacelerador do ELENA ficará no mesmo local que abriga o Desacelerador Antiprótons (AD). O mecanismo do novo projeto permite que os prótons com carga negativa alcancem um quinto da energia gerado pelo AD. Isto permitirá uma melhora na produção dos antiprótons de 0,01% a 10%.

Desde que foram descobertos, em 1955, os antiprótons se tornaram uma grande ferramenta de pesquisa e foram importantes na descoberta, das partículas W e Z, responsáveis pelas interações nucleares fracas, uma das quatro fundamentais na natureza. Além disso, no CERN também foram criados os primeiros átomos de anti-hidrogênio.

Walter Oelert, pesquisador pioneiro no estudo da antimatéria no CERN, disse que o ELENA é um grande passo no estudo dessa disciplina, que entre outras coisas, pode esclarecer o processo de criação do Universo. O desenvolvimento desses experimentos é de extrema importância e permite inclusive estudos sobre o tratamento do câncer. A construção do ELENA está prevista para começar em 2013.[Fonte: Terra]

Partícula "mais veloz que a luz" pode ser revolução na física e na teoria de Albert Einstein

2011-09-23T13:32:00.000-07:00

Os físicos da equipe que mediram partículas subatômicas que pareciam viajar a uma velocidade maior que a luz disseram nesta sexta-feira estarem tão surpresos e céticos como seus críticos por causa dos resultados, que parecem violar as leis da natureza tal como estabelece a ciência. Centenas de cientistas se concentraram no auditório de um dos laboratórios mais avançados na fronteira entre a França e a Suíça, para saber como o neutrino superou uma velocidade que acreditavam ser insuperável, quase 300 mil quilômetros por segundo, e que teria abalado a teoria de Albert Einstein.

"Para nossa grande surpresa, achamos uma anomalia", disse Antonio Ereditato, cientista que participou da experiência e falou em nome da equipe. Segundo a teoria especial da relatividade de Einstein, formulada em 1905, nada pode superar a velocidade da luz, exatamente a 299.792 quilômetros por segundo. Até agora, ela foi considerada um limite cósmico de velocidade.

A equipe, formada por uma colaboração de cientistas do Instituto Nacional de Investigação Nuclear e Física das Partículas, da França, e o Laboratório Nacional Gran Sasso, da Itália - disparou um feixe de neutrino e 730 quilômetros sob a terra, de Genebra (Suíça) até a Itália. A equipe descobriu que o neutrino viajou a 60 nanossegundos mais rápido que a luz. Isso significa sessenta mil milionésimos de segundo.

"Alguém poderia dizer que isso é insignificante, mas não é. É algo que podemos medir com grande precisão e uma incerteza minúscula", comentou Ereditato à Associated Press.

Se a experiência for repetida de maneira independente - com maior probabilidade por equipes dos Estados Unidos e do Japão - então obrigaria a revisão dos princípios da física moderna.

"Todos sabem qual é o limite da velocidade, o da luz. Se alguém encontra alguma partícula de matéria como o neutrino que viaja mais rapidamente, é algo que atrairá a atenção imediata de todos, inclusive a de nós", agregou Ereditato, pesquisador da Universidade de Berna, Suíça.

Alguns físicos que não participam da experiência estão céticos. Alvaro De Rujula, um físico teórico da Organização Europeia para a Investigação Nuclear (CERN, pela sigla em francês), perto de Genebra, cidade a partir de onde foi lançado o feixe de neutrinos, atribuiu a leitura a algum erro humano ainda não detectado.

Segundo ele, se esse não for o caso, poderão ser abertas as portas a possibilidades insólitas. Uma pessoa, disse De Rujula, "poderia teoricamente viajar ao passado e matar a mãe antes de nascer".

Mas Ereditato e sua equipe não se preocupam com essas conjecturas de ficção científica. "Prosseguiremos nossos estudos e aguardaremos pacientemente a confirmação", disse.

As informações são da Associated Press.[Fonte: DGABC]

Cientistas ficam mais longe do Bóson de Higgs

2011-08-23T12:27:00.000-07:00

Se o Bóson de Higgs existe, restam pouquíssimos lugares para ele se esconder. Conhecida como 'a partícula de Deus', ela só existe, até hoje, na teoria. A partícula, que em tese confere massa à matéria, ainda não foi encontrada e é o principal assunto na divulgação dos últimos resultados do Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), apresentados nesta segunda-feira em Mumbai, na Índia. Descobrir se a partícula existe ou não é um dos principais objetivos do LHC, e os cientistas esperam alcançá-lo ainda em 2011.

O Bóson de Higgs foi postulado na década de 1960 para explicar por que as partículas fundamentais do Modelo Padrão da Física têm massa. Teoricamente, é uma peça-chave para o funcionamento do modelo. Se ele não existir, os físicos terão que procurar uma explicação melhor para o funcionamento das engrenagens fundamentais da natureza. [Fonte: Veja.com]

De acordo com os pesquisadores do acelerador de partículas, que fica na fronteira entre a Suíça e a França, não há nada ainda apontando para a existência do Bóson de Higgs. Resultados recentes, que haviam sido tomados como pistas da partícula, acabaram creditados a flutuações estatísticas.
Contudo, é cedo para descartar a teoria. É possível que a partícula ou uma versão mais simples dela (algumas teorias descrevem várias partículas desse tipo) seja encontrada ainda dentro do alcance dos sensores do LHC, mas numa faixa mais estreita para as buscas. Os físicos esperam que o suspense da partícula de Deus seja superado até o fim do ano, antes do Natal.

Cern captura antimatéria por 16 minutos

2011-06-06T11:21:00.000-07:00

Cientistas europeus anunciaram ontem um feito recorde: conseguiram capturar átomos de antimatéria por mais de 16 minutos.

O trabalho, publicado domingo na edição online da Nature Physics, foi realizado no experimento ALPHA, do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern).

Durante mais de mil segundos, 300 átomos de anti-hidrogênio foram mantidos estáveis e mapeados com precisão, usando lasers ou espectrografia para compará-lo ao átomo de hidrogênio (matéria).

A antimatéria é um dos grandes mistérios ainda não completamente compreendidos pelas teorias modernas da física. Por definição, ela é idêntica à matéria, a não ser pelo fato de possuir carga oposta - por isso, as duas se aniquilam quando entram em contato uma com a outra. Basicamente, para cada partícula de matéria existe uma contraparte de antimatéria: átomo e antiátomo, próton e antipróton, elétron e pósitron, etc... Sabe-se que nosso universo é basicamente composto de matéria e, no entanto, a teoria atual indica que durante o Big Bang, a explosão que deu origem a tudo, matéria e antimatéria teriam se formado em quantidades iguais. Se elas tivessem se aniquilado, nosso universo composto de matéria não existiria. Então, o que aconteceu?

Um dos jeitos de investigar e descobrir porque a natureza parece preferir a matéria é estudar átomos e compará-los com sua contraparte, os antiátomos. No caso, a ideia é utilizar um dos sistemas mais bem estudados da física, o átomo de hidrogênio, composto de um próton e um elétron, e compará-lo à sua parte contrária, o anti-hidrogênio (feito de um antipróton e um pósitron).

Embora átomos de antimatéria já tivessem sido produzidos no passado, mantê-los intactos por tempo suficiente sempre foi um grande desafio, e somente em 2010 o CERN conseguiu prendê-los pela primeira vez – e por apenas 1/10 de segundo. A dificuldade está na natureza dos objetos de estudo, e o anti-hidrogênio deve ser produzido em uma câmara à vácuo (já que o ar está repleto de partículas de matéria). Mesmo assim, mantê-lo longe de qualquer matéria é tarefa complicada.

Agora, com 16 minutos, os pesquisadores acreditam que será possível medir também outras características da antimatéria – por exemplo, como ela influencia a gravidade – e chegar mais perto de desvendar onde, afinal, estariam estas partículas perdidas do universo. [Fonte: InfoAbril]

Acelerador de partículas poderia ser usado como máquina tempo

2011-04-27T14:27:00.000-07:00

Pode parecer roteiro de filme de ficção científica, mas físicos acreditam que a viagem no tempo pode ser feita usando instalações já existentes. Segundo eles, o maior acelerador de partículas do mundo tem chances de ser usado como uma máquina do tempo para enviar um tipo especial de matéria ao passado.

Os cientistas estudam uma forma de usar o Large Hadron Collider (LHC), o acelerador de partículas de 27 quilômetros de comprimento, enterrado no solo perto de Genebra, para enviar uma partícula hipotética de volta no tempo.

A questão, porém, ainda depende de algumas condições. Entre elas, a grande questão da existência ou não da tal partícula e a possibilidade de ela ser criada na máquina.

“Nossa teoria é a longo prazo, mas não é nada que não viole as leis da física ou restrições experimentais,” afirma o físico Tom Weiler, da Universidade Vanderbilt.

Se a teoria se mostrar correta, os pesquisadores asseguram que o método poderia ser usado para enviar mensagens tanto para o passado quanto para o futuro.

A hipotética partícula:

Existem duas partículas relacionadas com a teoria da viagem no tempo: a Higgs singlet e a Higgs bóson.

A busca pela bóson foi uma das principais motivações para a construção do LHC em primeiro lugar. Desde que o acelerador começou a funcionar regularmente ano passado, ele procura por Higgs bosons. A máquina continua trabalhando arduamente.

Se o acelerador for bem sucedido em produzir a Higgs boson, acredita-se que a outra partícula também seja criada ao mesmo tempo.

Esta partícula pode ter uma capacidade única de escapar das três dimensões de espaço e uma dimensão de tempo em que vivemos e alcançar uma dimensão oculta que alguns modelos de física avançada acreditam existirem. Ao viajar através da dimensão oculta, as Higgs singlets poderiam entrar novamente nas dimensões em um ponto a frente ou para trás no tempo a partir de quando eles saíram.

“Uma das coisas atraentes desta abordagem sobre a viagem no tempo é que ela evita todos os grandes paradoxos”, explica Weiler. ”Porque a viagem no tempo é limitado a essas partículas especiais. Não é possível para um homem a viajar no tempo e assassinar um de seus pais antes que ele nasça, por exemplo”, exemplifica. Contudo, se os cientistas puderem controlar a produção das Higgs singlets, eles serão capazes de enviar mensagens para o passado ou futuro”. [Fonte; Hypescience]

LHC produz novos dados sobre a matéria

2010-11-27T07:34:00.000-08:00

Os experimentos do acelerador de partículas LHC, do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), já apontam novos detalhes sobre como seria a matéria nos momentos após a origem do universo. Os cientistas compilaram informações obtidas em colisões de núcleos de átomos de chumbo.
Quando os núcleos colidiram no LHC, eles concentraram energia suficiente para quebrar as próprias partículas de que são formados. Com isso, produziram um plasma de quarks e glúons, que teria sido o estado da matéria no início do universo. No momento da colisão, partículas voaram para longe dos pontos de impacto, na forma de jatos, e a energia gerada foi medida. Esses jatos interagiram com o meio quente e denso gerado no impacto. Isso levou a um efeito característico, chamado abafamento de jato, no qual a energia desses jatos pode ser drasticamente reduzida.
"É o primeiro experimento a informar uma observação direta de abafamento de jato", disse ontem a porta-voz do experimento, Fabiola Gianotti.
O colisor de partículas é uma enorme circunferência subterrânea de 27 quilômetros sob a fronteira entre França e Suíça, construída numa parceria entre vários países. Os experimentos continuarão até o dia 6 de dezembro, data em que o acelerador fará uma pausa para manutenção, antes de retomar suas atividades em fevereiro de 2011. [Fonte: Estadão]

LHC pode ter detectado um novo fenômeno físico, dizem cientistas

2010-09-21T14:50:00.000-07:00

Um tipo de conexão nunca antes observada entre partículas subatômicas pode ter sido detectada pelos cientistas responsáveis pelo experimento CMS, um dos detectores que fazem parte do Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo.

Em algumas das colisões entre prótons realizadas no LHC, os pesquisadores encontraram correlações entre pares de partículas que voavam para longe do ponto de impacto.

De acordo com nota divulgada pelo centro europeu de pesquisa nuclear, o Cern, "isso revela que algumas das partículas estão intimamente ligadas, de uma forma nunca vista antes em colisões de prótons". As colisões cocorreram a energias de 7 TeV.

Ainda segundo o Cern, o efeito é sutil, e muitas verificações foram realizadas para determinar se ele é real. O resultado parece semelhante a efeitos vistos na colisão de núcleos atômicos no acelerador RHIC, do Laboratório Nacional Brookhaven, dos EUA, e que foram interpretados como produto da criação de uma forma densa e energética de matéria.

Mas os pesquisadores do CMS destacam que há várias explicações possíveis para o efeito, e que a divulgação preliminar dos resultados tem o objetivo de estimular o debate.

"Vamos precisar de mais dados para analisar o que está acontecendo, e para dar os primeiros passos na paisagem de nova física que esperamos que o LHC vai abrir", disse o porta-voz do CMS, Guido Tonelli.

Outro experimento do LHC, chamado Alice, é otimizado para detectar os resultados de colisões entre núcleos, como as realizadas em Brookhaven, e analisar os estados quentes e densos da matéria que podem ter existido frações de segundo após o Big Bang, além de entender como essa forma de matéria pode ter evoluído para as formas conhecidas hoje. [Fonte: Estadão]

Brincando de Deus...

2010-03-31T05:01:00.001-07:00

A reinvenção do Big Bang

Para pesquisadores, o acelerador gigante de partículas abre as portas da nova fase da física moderna

Cientistas anunciaram ontem ter conseguido, pela primeira vez, a colisão de feixes de prótons no acelerador gigante de partículas LHC. “Muitas pessoas esperaram muito tempo por este momento, mas sua paciência e dedicação estão começando a render dividendos”, comemorou Rolf Heuer, diretor-geral da Organização Europeia para Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em francês, a instituição responsável pelo LHC).

Este é o maior experimento científico do mundo e consiste em colidir partículas no nível mais alto de energia já tentado, recriando as condições presentes no momento do Big Bang, que teria marcado o nascimento do universo há 13,7 bilhões de anos.

O Grande Colisor de Hádrons (LHC sigla em inglês) foi colocado em um túnel subterrâneo circular de 27 km de extensão sob a fronteira da França com a Suíça. As partículas começaram a circular em novembro de 2009. O experimento havia sido fechado em setembro de 2008 por causa de superaquecimento.

Depois de duas tentativas frustradas durante a madrugada, os cientistas tiveram êxito. De acordo com os pesquisadores, a experiência abre portas para uma nova fase da física moderna, ajudando a responder a muitas perguntas sobre a origem do universo e da matéria.

As colisões múltiplas a uma energia recorde (7 TeV, ou 7 trilhões de eletronvolts) criam “Big Bangs em miniatura”, produzindo dados que os cientistas vão passar os próximos anos analisando.

Acelerar prótons a 7 trilhões de eletronvolts significa que eles correm a 99,99% da velocidade da luz (cerca de 300 mil km por segundo), ou 11 mil voltas por segundo no megatúnel de 27 km.[Fonte: Jornal AN]

PARA SEU FILHO LER

Como se faz a matéria

A matéria é tudo o que a gente vê no universo. Como você já deve ter aprendido, ela é feita de átomos que são tão pequenos, que é impossível enxergá-los. Mas eles são feitos de pedaços menores: os prótons, os nêutrons e os elétrons. E os prótons podem ser divididos em partículas ainda menores, os quarks e os láptons. Para dividi-los, é preciso acelerar dois deles até quase perto da velocidade da luz e jogá-los um contra o outro.

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O homem invisível: Cientistas fazem objetos desaparecer. E querem mais

2010-03-18T06:29:00.000-07:00

O que você faria se pudesse ficar invisível? Vá pensando, porque isso pode acontecer logo. Cientistas da Universidade Duke, nos EUA, fizeram um objeto sumir da tela de um radar no laboratório. E mais: indicaram que, com a mesma técnica e um pouco mais de tecnologia, poderiam torná-lo invisível para os nossos olhos também. O segredo é cobrir o objeto com um manto especial, revestido de milhares de pecinhas de cobre, tipo um chip de computador. Esse manto tem o poder de desviar as ondas de radar que passam por ele. Sabe quando tem uma pedra no meio do rio? Então: a água contorna o obstáculo e segue o caminho dela. O manto, no caso, faz com que ondas eletromagnéticas (como as de radar e as de luz) se comportem igual à água. Quer dizer: se você vestisse a coisa, essas ondas passariam por você como se tivessem atravessado um espaço vazio (veja no quadro). E pluft: você fica 100% invisível. Por enquanto, a técnica só funciona com ondas de radar por um motivo simples: as pecinhas de cobre do manto têm de ser menores que as ondas para tudo funcionar. Como as de radar têm 3 centímetros de comprimento, é só fazer peças nessa escala. Já as ondas de luz visível são menores que 1 milésimo de milímetro. Desse jeito, as peças teriam de ser nanométricas (quase tão pequenas quanto átomos). E esses componentes não existem. Mas o físico David Smith, líder do time, está confiante. “Com os avanços tremendos da nanotecnologia, isso deixará de ser problema”, disse à super.

1. Tá na cara

A gente reflete e absorve ondas de luz. Então acontece o óbvio: ninguém consegue ver o que está atrás de nós.

2. Cadê?

Com uma roupa feita do material que os cientistas estão desenvolvendo, as ondas de luz desviariam do seu corpo, como se ele não existisse. Na prática, você fica invisível.[Fonte: SuperArquivo]

Entrelaçamento quântico triplo é demonstrado com luzes coloridas

2009-10-02T12:09:00.000-07:00

Descoberta de pesquisadores brasileiros deverá ajudar a compreender as características do entrelaçamento quântico, a base para futuras tecnologias como computação quântica e teletransporte. [Imagem: Coelho et al.]

Entrelaçamento quântico

Um grupo de cientistas brasileiros conseguiu gerar um entrelaçamento quântico de três feixes de luz de cores diferentes. O feito deverá ajudar a compreender as características desse fenômeno que é considerado pelos cientistas como a base para futuras tecnologias como computação quântica, criptografia quântica e teletransporte.

Fenômeno intrínseco da mecânica quântica, o entrelaçamento permite que duas ou mais partículas compartilhem suas propriedades mesmo sem a existência de qualquer ligação física entre elas e independentemente da distância que as separa.

A possibilidade de alternar o entrelaçamento quântico entre as diferentes frequências de luz poderá ser útil para a criação de protocolos avançados de troca de informações.

Entrelaçamento triplo

De acordo com o autor principal do estudo, Paulo Nussenzveig, do Instituto de Física da USP, a possibilidade de gerar o entrelaçamento de três feixes de luz diferentes havia sido prevista pela mesma equipe há três anos, mas ainda não havia sido demonstrada experimentalmente. Dos três feixes, apenas um estava na porção visível do espectro e dois no infravermelho.

"Em 2005, medimos pela primeira vez o entrelaçamento em dois feixes, comprovando uma previsão teórica feita por outros grupos em 1988. A partir daí, percebemos que a informação presente no sistema era mais complexa do que imaginávamos e, em 2006, escrevemos um artigo teórico prevendo o entrelaçamento de três feixes, que conseguimos demonstrar agora", disse Nussenzveig à Agência FAPESP.

O cientista explica que, para realizar o estudo, o grupo utilizou um experimento conhecido como oscilador paramétrico óptico (OPO), que consiste em um cristal especial disposto entre dois espelhos, sobre o qual é bombeada uma fonte de luz.

"O que esse cristal tem de especial é sua resposta à luz, que é não-linear. Com isso, podemos introduzir no sistema uma luz verde e ter como resultado uma luz infravermelha, por exemplo", explicou. Segundo ele, os OPO com onda contínua, empregados no estudo, são utilizados desde a década de 1980.

Dissolução do elo quântico

Enfrentando diversas dificuldades e surpresas, ao lidar com fenômenos até então desconhecidos, os cientistas conseguiram "domar" o sistema para observar o entrelaçamento de três feixes com comprimentos de onda diferentes. Durante o experimento, descobriram ainda um efeito importante: a chamada morte súbita do entrelaçamento também ocorria no caso estudado.

Segundo Nussenzveig, um estudo coordenado por Luiz Davidovich, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), publicado na Science em 2007, mostrou que o entrelaçamento quântico podia desaparecer repentinamente, "dissolvendo" o elo quântico entre as partículas - o que poderia comprometer a aplicação do fenômeno no futuro desenvolvimento de computadores quânticos.

O efeito, batizado como morte súbita do entrelaçamento, já havia sido previsto anteriormente por físicos teóricos e foi observado pela primeira vez pelo grupo da UFRJ em sistemas discretos - isto é, sistemas que têm um conjunto finito de resultados possíveis.

"Para sistemas macroscópicos de variáveis contínuas existem relativamente poucos trabalhos e previsões teóricas. E não existia absolutamente nenhum trabalho experimental. Observamos pela primeira vez algo que não havia sido previsto: a morte súbita em variáveis contínuas. Isso significa que trata-se de um efeito global coletivo", disse.

Além da física clássica

De acordo com outro autor do estudo, Marcelo Martinelli, também professor do Instituto de Física da USP, o entrelaçamento quântico é a propriedade que distingue as situações quânticas das situações nas quais os eventos obedecem às leis da física clássica.

"Essa propriedade é verificada por meio de correlações que são diferentes das que ocorrem no mundo da física clássica. Quando jogamos uma moeda no chão, na física clássica, se temos a coroa voltada para cima, temos a cara voltada para baixo. No mundo quântico, esse resultado tem diferentes graus de liberdade e ângulos de correlação", explicou.

Teletransporte quântico

Segundo Martinelli, o entrelaçamento já havia sido muitas vezes verificado em sistemas discretos, ou entre dois ou mais sistemas no domínio de variáveis contínuas. Mas, quando havia três ou mais subsistemas, o entrelaçamento gerado era sempre de feixes de luz da mesma cor.

"Isso é interessante, porque abre caminho para que possamos, a partir de um sistema que interage com uma certa frequência do espectro eletromagnético, transferir suas propriedades quânticas para outro sistema - seria o chamado teletransporte quântico", disse o cientista.

De acordo com Martinelli, seria possível fazer isso utilizando feixes de entrelaçamento como veículo para transformar a informação. "Mas, se só pudermos lidar com variáveis da mesma cor, a informação quântica do primeiro só passaria para um segundo e um terceiro sistema se todos eles atuarem na mesma frequência. O nosso modelo permitiria fazer a transferência de informação quântica entre diferentes faixas do espectro eletromagnético", explicou.

Ao observar pela primeira vez a morte súbita de entrelaçamento em um sistema de variáveis contínuas, o grupo conseguiu novas informações sobre a natureza do fenômeno.

Morte súbita do entrelaçamento

Martinelli explica que todo sistema que interage com a natureza apresenta perdas, gradualmente. Uma chaleira em contato com o ambiente esfria continuamente até atingir o equilíbrio térmico com a temperatura externa. Mas esse processo se dá de forma exponencial e só estaria completo em um período de tempo infinito. Na prática, a chaleira sempre estará um pouco mais quente que o ambiente.

"No entanto, no caso do entrelaçamento, a sua interação com o ambiente nem sempre segue esse decaimento exponencial. Eventualmente ele desaparece em um tempo finito - o que caracteriza a chamada morte súbita. Vimos que isso também ocorre para variáveis contínuas e, ajustando os parâmetros de operação do nosso OPO, conseguimos controlar essa morte súbita", disse.

Segundo ele, essa descoberta é importante para que um dia se faça transporte de informação quântica. "Se enviarmos essa informação por fibra óptica, por exemplo, não podemos perder o entrelaçamento no sistema mediante perdas na propagação. Se a informação quântica passar a ter um papel central na tecnologia da informação, a compreensão da dinâmica da morte súbita e do entrelaçamento serão ainda mais fundamentais", disse. [Fonte: Inovação Tecnológica]

Bibliografia:

Three-Color Entanglement
A. S. Coelho, F. A. S. Barbosa, K. N. Cassemiro, A. S. Villar, M. Martinelli, P. Nussenzveig
Science
September 17, 2009
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.1178683