Cientistas teletransportam gato de Schrodinger

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

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

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

Luz é gerada pelo vácuo

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

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

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

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

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]

LHC produz novos dados sobre a matéria

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]



Brincando de Deus...

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

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

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