Quando se trata de resfriar coisas no laboratório, os cientistas descobriram há bastante tempo um limite experimental pouco acima da temperatura teórica mais baixa. Bem, isso até agora, porque um grupo de cientistas americanos tornaram as coisas ainda mais frias.
Uma equipe de pesquisadores do National Institute of Standards and Technology (NIST), trabalhando em Boulder, no Colorado, ajustou um método experimental para que ele resfriasse um pedaço de alumínio abaixo do limite chamado “ação reversa quântica” — uma temperatura levemente acima de zero absoluto que a mecânica quântica nos havia impedido de ultrapassar antes, igual a um quinto da magnitude do movimento quântico, .
Isso equivale a 10.000 vezes mais gelado do que o vácuo do espaço. Temperaturas tão frias poderiam ser úteis para criar sensores hipersensíveis, além de ajudar cientistas a explorarem os efeitos da mecânica quântica em materiais maiores.
Rápida recapitulação de física: a temperatura é a energia cinética média de uma coleção de partículas balançando. Quando os cientistas dizem que estão deixando as coisas mais geladas, querem dizer que estão tentando desacelerar todas as partículas. No zero absoluto, -273,15 °C ou -459,27 ºF, as partículas param completamente.
Normalmente, para deixar um objeto bastante gelado, os físicos o expõem a luz, fazendo com que seus átomos percam impulso. Mas a imprevisibilidade apresentada pela mecânica quântica deixa um pouco de calor restante, do qual os cientistas normalmente não conseguem se livrar — o limite de ação reversa quântica, explica o autor do estudo, John Teufel, físico do NIST.
O experimento que agora contornou esse problema consistiu de um objeto de 20 micrômetros de diâmetro por 100 nanômetros de espessura ligado a um circuito feito para gelar as coisas da . Microondas se rebatem dentro do circuito, fazendo-o ressoar e vibrar, gerando seus próprios fótons. Os fótons saem e levam um fônon, unidade quântica de vibração, com eles, resfriando o objeto de pouco em pouco, a cada saída de fóton.
Para esse experimento, os cientistas também reluziram um tipo especial de luz — luz comprimida — no topo do objeto , deixando a temperatura abaixo do limite de ação reversa quântica. A mecânica quântica diz que você pode resolver algumas medições de luz à custa de outras. A luz comprimida se beneficia dessa propriedade, permitindo aos cientistas remover um tipo de flutuação na amplitude da luz. Eles publicaram os no periódico Nature, nesta quarta-feira.
“É a primeira vez que alguém usou a luz comprimida para melhorar o resfriament”, disse Teufel. Reluzir essa luz comprimida reduziu a temperatura do objeto abaixo do limite de ação reversa quântica por um fator de dois. “Ainda não estamos no zero absoluto porque nossa compressão não é perfeita”, afirmou.
Coisas geladas são úteis para mais do que apenas fazer sorvetes. Com pequenas energias como as medidas aqui, os cientistas podem mensurar os efeitos da mecânica quântica em objetos maiores que partículas individuais.
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