Pesquisadores da Australian National University registraram pela primeira vez o entrelaçamento quântico na forma de movimento de átomos que possuem massa.
O fenômeno anteriormente havia sido observado apenas em propriedades internas das partículas, como o spin ou a polarização. Essa conquista, publicada na revista Nature Communications, inaugura um novo capítulo na física quântica ao conectar o movimento atômico com a gravidade e representa um passo importante rumo à unificação das leis fundamentais do universo.
Conforme detalhado em reportagem do portal Phys.org, a descoberta foi alcançada ao correlacionar o momento físico dos átomos em vez de apenas suas características internas.
A equipe liderada pelo pesquisador Sean Hodgman trabalhou com uma nuvem de hélio ultracongelada até próximo do zero absoluto. Esse processo resulta na formação de um condensado de Bose-Einstein, um estado da matéria no qual os átomos perdem sua individualidade e se comportam como uma onda quântica coletiva.
Utilizando pulsos precisos de laser, os cientistas dividiram esse condensado em três grupos separados. Um grupo foi impulsionado para cima, outro para baixo, enquanto o terceiro permaneceu estático no centro.
Conforme os átomos em movimento passavam pelo grupo estacionário, as colisões entre pares de partículas criavam halos de dispersão. As partículas que se afastavam em direções opostas dentro desses halos demonstravam estar entrelaçadas quanticamente em seus momentos lineares.
Para confirmar de forma inequívoca o entrelaçamento, os pesquisadores aplicaram um interferômetro do tipo Rarity-Tapster especialmente adaptado para funcionar com ondas de matéria. Esse aparato científico revela padrões de interferência somente quando os átomos se encontram em um estado de superposição quântica, significando que cada átomo ocupa simultaneamente múltiplos estados de movimento distintos.
As fortes correlações detectadas não podem ser explicadas pela física clássica, reforçando a validade das previsões quânticas.
A seleção do hélio no estado excitado ou metaestável foi fundamental para o sucesso do experimento. Esse estado particular oferece uma vida útil de cerca de duas horas, o que proporciona tempo mais que suficiente para experimentos que duram apenas dezenas de segundos.
Além disso, cada átomo impacta o detector com energia suficiente para permitir sua detecção individual. Essa característica possibilitou a reconstrução completa dos vetores de momento em três dimensões com resolução no nível de átomo único.
A montagem do complexo aparato experimental consumiu aproximadamente um mês de trabalho intenso da equipe. Da mesma forma, o período de coleta de dados se estendeu por quase um mês inteiro. Embora a teoria quântica previsse esse tipo de entrelaçamento há muito tempo, sua observação experimental concreta era um objetivo acalentado por físicos ao redor do mundo por várias décadas.
O significado dessa realização transcende o aspecto curioso de observar átomos que, de certa forma, existem em dois lugares ao mesmo tempo. Os resultados abrem portas concretas para o desenvolvimento de sensores quânticos extremamente sensíveis.
Tais dispositivos poderiam detectar sutis ondulações no tecido do espaço-tempo, incluindo ondas gravitacionais, ou ainda permitir o mapeamento do interior do planeta com uma precisão sem precedentes na história da geofísica.
Nos estágios seguintes da pesquisa, os cientistas planejam investigar o entrelaçamento entre átomos de hélio-3 e hélio-4. Esses isótopos possuem propriedades quânticas radicalmente distintas. O objetivo é criar um estado duplamente entrelaçado que envolva tanto o momento quanto a massa dos átomos.
Esse tipo de configuração coloca em xeque as formulações atuais da relatividade geral, que diferenciam o tratamento da massa e do espaço-tempo, e levanta questões profundas sobre como as futuras teorias de gravidade quântica irão acomodar tais observações.
A descoberta traz para o domínio experimental o fenômeno que Albert Einstein certa vez chamou ironicamente de ação fantasmagórica à distância, em sua famosa crítica às implicações não locais da mecânica quântica. O experimento demonstra de forma clara que os efeitos quânticos não se restringem a partículas elementares sem massa ou a estados puramente internos.
Eles se manifestam também no movimento real de objetos materiais sujeitos às forças da gravidade, unindo de maneira inédita dois dos pilares fundamentais da física moderna.
Com informações de livescience.com.
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