Há mais uma estreia assinalável na física quântica, desta vez relacionada com o spin dos eletrões: o minúsculo magnetismo intrínseco destas partículas, semelhante ao de uma agulha microscópica de bússola que cada uma transportasse.
Até agora, a força destes spins só tinha conseguido deslocar átomos individuais numa ou noutra direção. Uma equipa de investigadores conseguiu, porém, mover algo muito maior.
Num novo estudo publicado na Science Advances, uma equipa do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST), no Japão, descreve como estas forças quânticas podem deslocar um objeto com um centímetro de dimensão.
O resultado representa um avanço importante na fronteira entre o mundo quântico, das escalas muito pequenas, e o mundo clássico, que abrange tudo o resto. Um aspeto decisivo é que o objeto da experiência é suficientemente grande para estar sujeito à gravidade, uma força fundamental nem sempre fácil de conciliar com as teorias da física quântica.
«Houve muitas tentativas de verificar se a mecânica quântica se aplica a objetos maiores do que algumas dezenas de nanómetros, até agora sem sucesso», afirma o físico teórico Jason Twamley.
«Observámos agora uma resposta mecânica clássica a uma força quântica num objeto com uma massa oito a nove ordens de grandeza superior à dos objetos usados nas experiências de mecânica de spin mais avançadas até à data.»
Como o spin dos eletrões deslocou o objeto
Para alcançar este resultado, os investigadores combinaram várias escolhas engenhosas na conceção da experiência. Começaram pelo objeto de um centímetro: uma placa de grafite colocada sobre uma disposição de ímanes em padrão de tabuleiro de xadrez, que a mantinha em levitação.
Da placa pendia um diamante de 3 milímetros com defeitos atómicos especiais, conhecidos como centros de vacância de azoto (NV). Esses defeitos conferem ao diamante eletrões com spins controláveis, que foram manipulados com luz laser. Em seguida, outro íman foi usado para transformar esses spins em movimento.
O conjunto pesava cerca de 128 miligramas, o equivalente a apenas alguns grãos de arroz, e foi deslocado aproximadamente 100 nanómetros - cerca de um milésimo da espessura de um cabelo humano. É uma distância pequena, mas suficiente.
«Os diamantes com centros NV são bem conhecidos e fáceis de controlar», explica o físico Daehee Kim.
«Isso, juntamente com o facto de os centros NV terem alguns dos tempos de coerência mais longos conhecidos, permitindo-lhes manter a sobreposição quântica à temperatura ambiente durante muito mais tempo do que outros sistemas, torna-os particularmente atrativos para gerar, em futuras investigações, uma sobreposição macroscópica do movimento ou do objeto.»
Da escala clássica à sobreposição quântica
Na tentativa de conciliar fenómenos de grande escala, como o efeito da gravidade sobre um planeta, com o mundo subatómico e quântico, os cientistas procuram muitas vezes começar pelo mais pequeno e avançar gradualmente para escalas maiores. A equipa deste estudo seguiu o caminho inverso: a montagem não tinha o tamanho de um planeta, mas era de grande escala em termos quânticos.
«Estamos no campo oposto: passamos do grande para o pequeno», diz o físico Anshuman Nayak.
«Tal como a levitação diamagnética pode elevar comboios de levitação magnética, também pode ser usada para fazer levitar objetos de um centímetro de largura que transportam diamantes, nos quais o efeito da gravidade pode ser extremamente forte, mas onde não foram observados efeitos quânticos.»
Como acontece frequentemente na investigação quântica, este trabalho pode parecer bastante esotérico e distante para quem não é físico. Ainda assim, alcançar marcos como este ajudará a responder a algumas das questões mais profundas sobre o Universo, incluindo a de saber se a gravidade obedece ou não às regras quânticas.
Importa lembrar que o movimento observado foi clássico: o que é relevante é o efeito quântico que o desencadeou. No futuro, os investigadores esperam que esta abordagem ajude a colocar objetos maiores em estados quânticos, como a sobreposição, na qual um objeto ocupa efetivamente dois estados em simultâneo.
«Demonstrámos uma grande resposta clássica a um pequeno efeito quântico», afirma Twamley. «Já não se trata de saber se esta tecnologia é possível, mas sim de como podemos aperfeiçoar as condições experimentais para alcançar a sobreposição quântica no domínio da relatividade geral de Einstein.»
«Estamos a elevar a fasquia dos nanómetros para os centímetros. Só precisamos de mais uma ordem de grandeza e poderemos finalmente observar o gato de Schrödinger na vida real.»
A investigação foi publicada na Science Advances.
Este artigo foi verificado e editado por Fiona MacDonald. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos apenas humanos. Se encontrar algum erro, informe-nos.
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