Resfriador de explosão para o mundo quântico: Tornando as propriedades quânticas de objetos macroscópicos mais acessíveis

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A natureza quântica dos objetos visíveis a olho nu é atualmente uma questão de pesquisa muito discutida. Uma equipe liderada pelo físico de Innsbruck Gerhard Kirchmair demonstrou agora um novo método em laboratório que pode tornar as propriedades quânticas de objetos macroscópicos mais acessíveis do que antes. Com o método, os pesquisadores foram capazes de aumentar a eficiência de um método de resfriamento estabelecido em uma ordem de magnitude.

Com experimentos optomecânicos, os cientistas estão tentando explorar os limites do mundo quântico e criar uma base para o desenvolvimento de sensores quânticos altamente sensíveis. Nesses experimentos, objetos visíveis a olho nu são acoplados a circuitos supercondutores por meio de campos eletromagnéticos. Para obter supercondutores funcionais, tais experimentos ocorrem em criostatos a uma temperatura de cerca de 100 milikelvin. Mas isso ainda está longe de ser suficiente para realmente mergulhar no mundo quântico. Para observar efeitos quânticos em objetos macroscópicos, eles devem ser resfriados a quase zero absoluto usando métodos sofisticados de resfriamento. Físicos liderados por Gerhard Kirchmair do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica (IQOQI) demonstraram agora um mecanismo de resfriamento não linear com o qual até mesmo objetos massivos podem ser bem resfriados.

Capacidade de resfriamento maior que o comum

No experimento, os pesquisadores de Innsbruck acoplam o objeto mecânico – no caso deles, um feixe vibratório – ao circuito supercondutor por meio de um campo magnético. Para fazer isso, eles prenderam um ímã ao feixe, que tem cerca de 100 micrômetros de comprimento. Quando o ímã se move, ele altera o fluxo magnético através do circuito, cujo coração é o chamado SQUID, um dispositivo supercondutor de interferência quântica. Sua frequência de ressonância muda dependendo do fluxo magnético, que é medido usando sinais de micro-ondas. Desta forma, o oscilador micromecânico pode ser resfriado próximo ao estado fundamental da mecânica quântica. Além disso, David Zöpfl, da equipe de Gerhard Kirchmair, explica: “A mudança na frequência de ressonância do circuito SQUID em função da potência de micro-ondas não é linear. Como consequência, podemos resfriar o objeto massivo em uma ordem de magnitude a mais para o mesmo potência.” Este método novo e simples é particularmente interessante para resfriar objetos mecânicos mais maciços. Zöpfl e Kirchmair estão confiantes de que isso pode ser a base para a busca de propriedades quânticas em objetos macroscópicos maiores.

O trabalho foi realizado em colaboração com cientistas do Canadá e da Alemanha e agora foi publicado na Cartas de revisão física. A pesquisa foi apoiada financeiramente pelo Austrian Science Fund FWF e pela União Europeia, entre outros. Os co-autores Christian Schneider e Lukas Deeg são ou foram membros do Programa de Doutorado FWF Atoms, Light and Molecules (DK-ALM).

Com informações de Science Daily.

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