Prêmio Nobel é atribuído à pesquisa quântica

O francês Serge Haroche e o americano David Wineland ganharam nesta terça-feira o prêmio Nobel de Física, segundo anunciou a Academia Real das Ciências da Suécia.

© Nobelprize.org (gato de Schrödinger)

Uma questão central na física quântica é a transição entre o mundo quântico e clássico. Esta questão é ilustrada de uma maneira popular, pelo chamado paradoxo do gato de Schrödinger. Este nome refere-se a um experimento proposto por Schrödinger em 1935, destacando a dificuldade em aplicar os conceitos da mecânica quântica para a vida cotidiana.

Os dois cientistas foram agraciados pelo trabalho na avaliação e manipulação de partículas individuais preservando sua natureza quântica, através de revolucionários métodos experimentais que permitem avaliar e manipular sistemas quãnticos individuais.

Estas pesquisas possibilitará construir um sistema de computadores mais rápido do que o atual por meio da física quântica. Há, ainda, a expectativa de que as pesquisas de Haroche e Wineland permitam analisar, controlar e até contar as partículas quânticas.

As primeiras pesquisas utilizando física quântica também levaram à possibilidade de criação de relógios extremamente precisos, estabelecendo um novo padrão, marcando o tempo com precisão cem vezes maior do que os relógios atuais de Césio.

Este ano, o Prêmio Nobel de Física honra as invenções e descobertas experimentais que permitiram a medição e controle de sistemas quânticos individuais. Eles pertencem a duas tecnologias distintas, porém relacionadas: íons em uma armadilha harmônica e fótons em uma cavidade.
Existem várias semelhanças interessantes entre os dois. Em ambos os casos, os estados quânticos são observados por meio de sistemas de dois níveis acoplados a um oscilador harmônico quantizado, um problema descrito pelo assim chamado Hamiltoniano Jaynes-Cummings. O sistema de dois níveis é constituído por um íon (com dois níveis acoplados por meio de luz laser) ou um átomo altamente excitado (com dois níveis de Rydberg acoplados por meio de um campo de microondas). O oscilador harmónico quantizado descreve o movimento dos íons na armadilha ou o campo de microondas no interior da cavidade.

© CNRS e NIST (Serge Haroche e David Wineland)

Haroche nasceu em 1944 em Casablanca (Marrocos) e atualmente é catedrático de Física Quântica no Colégio da França e na Escola Normal Superior, ambos em Paris. Enquanto, o americano Wineland também nasceu em 1944 e trabalha no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) de Boulder (Colorado, EUA).

Os vencedores deste prêmio, dotado com 8 milhões de coroas suecas (cerca de R$ 2,5 milhões), é 20% menos que no ano passado.

A premiação do Nobel de Físisca será realizada, de acordo com a tradição, em Estocolmo no dia 10 de dezembro, coincidindo com o aniversário da morte de Alfred Nobel.

Fonte: Royal Swedish Academy of Sciences

Violando a simetria da inversão temporal

Prevista há meio século, a assimetria da inversão temporal na física de partículas só agora foi claramente demonstrada.

© SLAC (detector BaBar)

As interações fracas de partículas elementares têm sido conhecida por serem assimétricas sob CP, a operação combinada de P paridade e de conjugação de carga C, a substituição de partículas por suas antipartículas. Mas a invariância absoluta sob CPT, a combinação de CP com reversão do tempo T, é um teorema alicerce do modelo padrão da teoria de partículas. Por isso, prevê que as interações fracas deve violar a invariância T para compensar a violação de CP. Mas só agora tem a primeira evidência clara e direta da violação de T. Durante uma década, até seu encerramento em 2008, o PEPII colisor elétron-pósitron no SLAC National Accelerator Laboratory, operado pela Universidade de Stanford, foram produzidos 200 milhões de pares de mésons B neutros em estados quânticos emaranhados de tal forma que o modo de decaimento de um méson B instantaneamente fixa o estado de seu parceiro, talvez um milímetro de distância. Carregando o pesado quark bottom, o méson B é cerca de cinco vezes a massa do próton, e que vive um mísero picosegundo. A equipe que utilizou o detector do colisor BaBar já explorou o emaranhamento para determinar que as taxas de transição entre os autoestados do méson B dependem da direção temporal de uma forma que só pode ser atribuída à violação da simetria de T. O sinal da violação de T corresponde a uma significância de 14 desvios padrão (σ), e a sua amplitude é consistente com a preservação da simetria CPT.

Fonte: Physics Today

Revelada imagem dos níveis de Landau

Físicos observaram diretamente os níveis de Landau pela primeira vez desde que foram teoricamente concebidos por Lev Davidovich Landau em 1930, laureado com o Prêmio Nobel em 1962.

© U. Warwick (nível de Landau obtido experimentalmente)

Os níveis de Landau são os níveis quânticos que determinam o comportamento dos elétrons em um forte campo magnético.

Utilizando espectroscopia de tunelamento, os cientistas da Universidade de Warwick e da Universidade Tohoku revelaram a estrutura em forma de anel interna desses níveis de Landau na superfície de um semicondutor. O desafio experimental era ter resolução espacial suficiente, a fim de superar a desordem intrínseca do material em que normalmente só permite a observação de estados esparsos. As imagens mostram claramente que Landau estava certo quando previu que, em um sistema limpo, os elétrons assumiriam a forma de anéis concêntricos, o número aumenta de acordo com seu nível de energia.
Este comportamento simples de contagem constitui a base do chamado efeito Hall quântico. Embora originalmente de interesse fundamental na maior parte, o efeito, nos últimos anos tem sido utilizado para definir o padrão para o que se entende por resistência elétrica e pode assim ser utilizado para definir o quilograma também. O professor Rudolf Roemer, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse: "Este é um passo importante para nós, que estamos realmente vendo pela primeira vez funções de onda individuais da mecânica quântica de elétrons em materiais reais".

No entanto, a questão sobre o que define um quilograma está sendo debatido, com o espaçamento entre os anéis destes níveis de Landau agindo como uma espécie de marcador para um peso universal. Então da próxima vez que você medir o açúcar para fazer um bolo, você pode, sem saber, estar fazendo uso desses anéis quânticos!

A pesquisa foi publicado na revista Physical Review Letters.

Fonte: Phys.Org

Lei de Planck violada em nanoescala

Em uma nova experiência, uma fibra de sílica com 500 nm através de ter sido demonstrado que não obedecem à lei de Planck da radiação.

© Christian Wuttke (esquema do experimento)

Em vez disso, dizem os físicos austríacos Christian Wuttke e Arno Rauschenbeutel que realizaram o trabalho, a fibra aquece e resfria de acordo com uma teoria mais geral, que considera a radiação térmica como um fenômeno fundamentalmente granel. O trabalho pode levar a mais eficientes lâmpadas incandescentes e poderia melhorar a nossa compreensão da mudança climática da Terra, afirmam os pesquisadores.
A pedra angular da termodinâmica, a lei de Planck descreve como a densidade de energia em comprimentos de onda diferentes da radiação electromagnética emitida por um "corpo negro" varia de acordo com a temperatura do corpo. Foi formulado pelo físico alemão Max Planck, no início do século 20 utilizando o conceito de quantização de energia que foi de ir e servir como base para a mecânica quântica. Enquanto um corpo negro é um objeto, idealizada perfeitamente emitindo e absorvendo, a lei prevê previsões muito precisas para os espectros de radiação de objetos reais uma vez aquelas propriedades dos objetos de superfície, tais como cor e rugosidade, são levados em conta.
No entanto, os físicos já sabiam há décadas que a lei não se aplica a objetos com dimensões menores que o comprimento de onda da radiação térmica. Planck assumido que toda a radiação atingindo um corpo negro será absorvida na superfície do referido corpo, o que implica que a superfície é também um emissor perfeito. Mas, se o objeto não é grossa o suficiente, a radiação pode sair do outro lado do objeto em vez de ser absorvido, o que por sua vez reduz sua emissão.

Através da medição do tempo entre ressonâncias, os investigadores descobriram que a fibra ser de aquecimento e arrefecimento muito mais lentamente do que o previsto pela lei de Stefan-Boltzmann. Esta lei é uma conseqüência da lei de Planck e define como a potência total irradiada por um objeto está relacionada com a sua temperatura. Em vez disso, eles encontraram a taxa observada para ser um jogo muito próximo do previsto pela teoria conhecida como fluctuational eletrodinâmica, que leva em conta não apenas as propriedades de um corpo de superfície, mas também o seu tamanho e forma mais seu comprimento de absorção característica.

A pesquisa também pode melhorar a compreensão de como pequenas partículas na atmosfera, tais como os produzidos pela erosão do solo, a combustão ou erupções vulcânicas, contribuem para as alterações climáticas. Tais partículas pode esfriar a Terra, refletindo a radiação solar, ou aquecer a Terra, absorvendo a radiação térmica do nosso planeta, devido aos gases do efeito estufa.

Fonte: Physics World