Entrelaamento quntico detectado pela primeira vez entre partculas diferentes

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 28/02/2023

Entrelaamento genrico

O fenmeno do entrelaamento, um dos mais conhecidos e explorados dentre os bizarros comportamentos explicados pela fsica quntica, acaba de mostrar-se mais amplo e mais significativo do que os prprios fsicos acreditavam.

O termo entrelaamento quntico – ou emaranhamento – descreve um elo invisvel que conecta duas partculas: No importa o quo distantes elas estejam no espao, uma afetar imediatamente a outra. Isso significa que, se voc medir o estado de uma delas, saber imediatamente o estado da outra, mesmo que ela tenha dado um jeito de viajar para o outro lado da galxia.

“O emaranhamento uma das caractersticas definidoras que torna a mecnica quntica to diferente do tipo de fsica que normalmente acontece ao nosso redor,” comentou o professor Daniel Brandenburg, da Universidade do Estado de Ohio, nos EUA.

To estranho quanto parea, o fenmeno est base de coisas hoje j triviais, da computao quntica s tecnologias fotnicas.

Mesmo com tamanha importncia e significado, o entrelaamento quntico at hoje s havia sido observado entre partculas idnticas – por exemplo, entre dois ftons ou entre dois nutrons.

Agora, uma equipe internacional de fsicos, conhecida como Colaborao Star, que rene 584 cientistas de 54 instituies em 12 pases diferentes, inclusive do Brasil, conseguiu pela primeira vez demonstrar que o entrelaamento quntico muito mais geral, podendo ocorrer entre partculas de famlias diferentes.

Se o entrelaamento entre partculas idnticas j havia se tornado to importante, difcil prever o alcance desta descoberta.

Entrelaamento entre partculas diferentes

A equipe usou o Colisor Relativstico de ons Pesados (RHIC, na sigla em ingls), localizado nos Estados Unidos, para descobrir uma forma de entrelaamento quntico que mostra que partculas de todos os tipos diferentes so capazes de interagir umas com as outras, levando interferncia em uma variedade de padres diferentes.

“Conseguimos que diferentes tipos de partculas interferissem pela primeira vez, embora antes as pessoas pensassem que isso no era possvel na mecnica quntica,” disse Brandenburg.

O mtodo se baseia em observar partculas de luz, ou ftons, que envolvem ons de ouro conforme eles se movem em torno do colisor. Por meio de uma srie de flutuaes qunticas, os ftons interagem com os glons, partculas semelhantes a uma “cola”, que atuam como uma fora de ligao para manter unidos os quarks, as partculas dentro dos prtons e nutrons que formam os ncleos dos tomos.

Essas interaes produzem uma partcula intermediria que decai rapidamente em dois pons (p) com cargas diferentes. Ao medir a velocidade e os ngulos em que essas partculas p+ e p- atingem o detector, os fsicos podem recolher informaes cruciais sobre o fton original, demonstrando um entrelaamento nunca antes visto, documentado experimentalmente entre partculas totalmente diferentes.

“Ns medimos duas partculas de sada e claramente suas cargas so diferentes – so partculas diferentes – mas vemos padres de interferncia que indicam que essas partculas esto emaranhadas, ou em sincronia umas com as outras, embora sejam partculas distinguveis,” disse Zhangbu Xu, membro da equipe.

“Esta a primeira observao experimental de emaranhamento entre partculas diferentes,” reforou Brandenburg.

Colisor vira microscpio

O experimento tambm pode ser visto de outra forma: Uma tcnica indita para perscrutar o interior do ncleo de um tomo com uma resoluo indita.

Usando o colisor como uma grande cmera digital, os pesquisadores usaram os ftons para rastrear as partculas que escaparam do centro da mquina conforme os tomos de ouro colidiam, obtendo imagens de alta resoluo, muito parecidas com a forma como um exame de tomografia pode ser usado para gerar imagens e medir mudanas no corpo humano.

De posse da velocidade e do ngulo com que a luz atingia o colisor, os pesquisadores puderam essencialmente usar os pons como sondas para ver dentro dos ncleos atmicos de uma maneira nunca feita antes, mapeando o arranjo dos glons – como usar um colisor de partculas como um microscpio com resoluo indita, equivalente a um dcimo at um centsimo do tamanho de um prton individual.

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