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Físicos dizem ter conseguido manipular o “vazio absoluto” sem interferir na sua existência

Originalmente por Fiona MacDonald | LiveScience
Traduzido e adaptado por Leonardo Ambrosio.

A física quântica é uma ciência complicada para muitas pessoas, mas atualmente muito considerada no campo científico. Uma de suas constatações é que o vácuo (a ausência de matéria) não é, na verdade, totalmente vazio. Acontece que o vácuo, segundo os cientistas, é repleto de energia quântica e partículas que existem e deixam de existir em instantes – estranhos sinais que são conhecidos como flutuações quânticas.

Essas flutuações não passavam de meras suposições, havendo apenas evidências indiretas de sua existência. Mas em 2015 pesquisadores afirmaram tê-las detectado diretamente. Não fosse avanço o bastante, os cientistas já deram um passo além no desenvolvimento da ciência. Agora, afirmam que já conseguiram manipular o vácuo, inclusive detectando alterações nesses estranhos sinais.

Os cientistas explicam que essa descoberta é extremamente interessante pois, atualmente, para observar e estudar um sistema quântico, nós precisamos destruí-lo. Agora, se os resultados forem confirmados, os pesquisadores podem passar a ter condições de observar, testar e estudar os mistérios da física quântica sem interferir negativamente nele.

Para entender o que está sendo feito, é necessário que tenhamos em mente o conceito clássico de vácuo: um espaço totalmente sem matéria, com a menor energia possível. Não existem partículas ali, e nada para interferir com as físicas puras.

Mas aí é que entra um dos princípios mais fundamentais da física quântica: o princípio da incerteza de Heisenberg – que diz que existe uma limitação no nosso conhecimento sobre as partículas quânticas, e como resultado disso, um vácuo não é completamente vazio, ele na verdade possui uma “energia estranha”, e é repleto de partículas e anti-partículas que aparecem e desaparecem aleatoriamente.

Como as partículas nesse caso são “virtuais” e não físicas, é praticamente impossível detectá-las. Mas ainda que sejam invisíveis, como quase tudo no mundo quântico, elas influenciam sutilmente no mundo “real”. Essas flutuações quânticas produzem campos elétricos que podem afetar elétrons. Essa relação foi demonstrada pela primeira vez em 1940, e durante algum tempo isso era tudo que sabíamos.

Foi então que, em 2015, uma equipe liderada por Alfred Leitenstorfer, da Universidade de Konstanz, na Alemanha, disse ter conseguido detectar diretamente essas flutuações, a partir de observações de sua influência em uma onda de luz. Os resultados foram publicados no Science.

O experimento

Para chegar nesses resultados pioneiros, Leitenstorfer e sua equipe dispararam um pulso de laser – que durou apenas alguns femtossegundos (um milionésimo de um bilionésimo de segundo) – no vácuo, e eles foram então capazes de observar mudanças sutis na polarização da luz. Eles dizem que essas alterações foram causadas diretamente pelas flutuações quânticas. Essa afirmação dos cientistas ainda estão sendo debatidas pela comunidade científica, mas o fato é que os pesquisadores deram um passo adiante nesse tema. Não existem evidências maiores sobre a existência dessas flutuações quânticas – isso também sugere que eles encontraram uma forma de observar experimentos no mundo quântico sem afetar os resultados – o que normalmente destruiria o estado quântico.

Normalmente, quando você analisa os efeitos de flutuações quânticas em uma partícula única de luz, você precisa detectar essa partícula, ou amplificá-la. Isso acaba removendo a “assinatura quântica” deixada no fóton, o que é similar ao que a equipe fez em 2015. A questão é que, desta vez, em vez de procurarem pelas alterações nas flutuações quânticas a partir da absorção e ampliação dos fótons de luz, a equipe estudou a luz no domínio do tempo. Isso é, o tempo e o espaço se comportam da mesma maneira no vácuo, então é possível examinar um deles para aprender sobre o outro.

Fazendo isso, a equipe disse que quando comprimiram o vácuo, o processo se assemelhou ao de apertar um balão, e o movimento redistribuiu as estranhas flutuações quânticas. Em alguns pontos, as flutuações se tornaram bem mais gritantes que o “ruído” ambiente do vácuo. Em outros momentos, no entanto, foram menores. Esse segundo fenômeno, de acordo com os cientistas, é impressionante.

A equipe agora está testando a precisão da técnica, e analisando tudo que pode ser tirado como conclusão. Ainda que o resultados sejam impressionantes até agora, ainda existe uma possibilidade da equipe ter realizado medidas que não afetam o estado quântico, mas na verdade não dizem muito sobre o sistema quântico para os pesquisadores.

Se puderem aproveitar os conhecimentos adquiridos a partir dessa técnica, os cientistas desejam continuar utilizando o novo procedimento para testar o estado quântico da luz, que é um comportamento invisível da luz no nível quântico, que estamos apenas começando a entender.

Novas verificações e outros experimentos são necessários para replicar as descobertas dos pesquisadores e mostrar que sua técnica realmente funciona.

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