Fsicos criam bizarros Anis de Alice

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/08/2023

Anel de Alice

Imagine olhar por uma lente de aumento e, em vez de simplesmente ver as coisas maiores, voc v-las ao contrrio; no por um truque de ptica, mas o inverso das coisas mesmo.

Agora imagine ainda mais: Que essa sua lente de aumento no seja exatamente uma lente, mas um anel, e que qualquer coisa que atravesse esse anel, instantaneamente converta-se em seu oposto – uma carga positiva em negativa, ou a matria em antimatria, por exemplo.

Este o conceito que os fsicos chamam de “Anel de Alice”, em homenagem Alice do Pas das Maravilhas, de Lewis Carroll, que encontra um mundo totalmente novo ao passar pelo buraco da toca do coelho.

H pouco mais de uma dcada, a equipe dos professores Mikko Mttnen e David Hall, da Universidade de Aalto, na Finlndia, teorizaram a existncia desses Anis de Alice ao observarem o decaimento dos monopolos magnticos, que podem ser entendidos como as partculas magnticas fundamentais – um monopolo corresponde a um dos plos de um m, s que existindo separadamente, sem seu oposto.

Agora, em colaborao com experimentalistas da Universidade de Amherst, nos EUA, finalmente observaram um Anel de Alice operando conforme a teoria: Quando passa atravs desse anel, um monopolo magntico converte-se imediatamente em um antimonopolo, como o sul de um m virando o norte, ou vice-versa.

“H uma peculiaridade neste Anel de Alice. Dependendo se voc olha para algum monopolo prximo atravs do anel, ou pela lateral do anel, sua carga parece diferente. Ento, o anel est invertendo a carga dos objetos que voc observa atravs dele,” disse Mttnen. “Simulaes de computador mostraram ainda que a carga de um monopolo muda completamente – de positiva para negativa, digamos – ao se mover atravs do Anel de Alice.”

Dos monopolos aos vrtices

O conceito de Anel de Alice pode ser mapeado at 1931, quando Paul Dirac teorizou a existncia dos monopolos magnticos e previu que, quando um monopolo magntico cruza com uma “nuvem eletrnica” – a distribuio no espao de um nico eltron – cria-se um vrtice nessa nuvem, uma espcie de redemoinho que “perfura”, mas no atravessa a nuvem.

Enquanto isso, o desenvolvimento da mecnica quntica levou Albert S. Schwarz descoberta, em 1982, de um defeito topolgico que surge em certos sistemas qunticos, que foi batizado de Corda de Alice. um objeto unidimensional que pode ser pensado como uma linha de fluxo magntico. Partculas carregadas invertem o sinal da carga eltrica depois de circundar uma vez a Corda de Alice e, consequentemente, a carga no definida globalmente. A teoria que admite uma corda de Alice hoje conhecida como “eletrodinmica de Alice”.

A equipe de Mttnen e Hall, por sua vez, intitulada Colaborao Monopolo, provou a existncia de um anlogo quntico do monopolo magntico em 2014, isolou um monopolo quntico em 2015, observou um decaindo no outro em 2017 e, finalmente, demonstrou a existncia dos ns qunticos, estruturas 3D engenheiradas em slitons, ou ondas solitrias.

Foi a que surgiu a oportunidade para projetar a existncia de uma verso 3D da Corda de Alice, ou uma Corda de Alice enrolada sobre si mesma, agora batizada de Anel de Alice.

“Embora as topologias dos vrtices e dos monopolos sejam distintas umas das outras, sob certas circunstncias um monopolo pode deformar-se espontnea e continuamente em um anel de vrtice, com a curiosa propriedade de que os monopolos que passam por ele so convertidos em antimonopolos,” descreve a equipe.

Como criar um Anel de Alice

Embora o conceito parea simples, criar um monopolo magntico foi um desafio que levou quase um sculo para ser vencido. Para montar sua verso, a Colaborao Monopolo manipulou um gs de tomos de rubdio, preparado em um estado no magntico, prximo temperatura do zero absoluto.

Sob estas condies extremas, todos os tomos se comportam como um grande objeto quntico nico. Devido a uma propriedade quntica chamada spin, esse tomo artificial – assim como os tomos naturais – torna-se sensvel a campos magnticos. Assim, um monopolo foi criado direcionando um ponto zero de um campo magntico tridimensional para o gs quntico.

Esses monopolos qunticos so efmeros por natureza, decaindo alguns milissegundos aps sua criao. nesta instabilidade que o Anel de Alice toma forma. “Pense no monopolo como um ovo oscilando no topo de uma colina,” disse Mottonen. “A menor perturbao pode faz-lo espatifar-se colina abaixo. Da mesma forma, os monopolos esto sujeitos a rudos que desencadeiam o seu decaimento em Anis de Alice.”

Embora os monopolos tenham vida curta, os pesquisadores simularam Anis de Alice estveis por at 84 milissegundos – mais de 20 vezes mais do que a vida til do monopolo. Isso os deixou otimistas de que experimentos futuros revelaro propriedades ainda mais peculiares dos Anis de Alice.

” distncia, o Anel de Alice parece um monopolo, mas o mundo assume uma forma diferente quando olhamos atravs do centro do anel,” disse Hall. ” nesta perspectiva que tudo parece espelhado, como se o anel fosse uma porta de entrada para um mundo de antimatria em vez de matria,” acrescentou Mottonen.

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