Pesquisa revela avanço quântico em diamante para testar gravidade

Poromniletters.com
Pesquisadores desenvolvem dispositivo em diamante para investigar a relação entre mecânica quântica e gravidade, trazendo novas perspectivas.
Facebook Twitter WhatsApp Reddit Pinterest
Foto em cores reais da metade inferior do arranjo experimental. O diamante com centros de vacância de nitrogênio está suspenso por uma haste de grafite acima de um ímã. Quando o diamante é iluminado com um laser verde, o estado de spin dentro do diamante muda, empurrando-o para baixo em direção ao ímã. O diamante brilha em vermelho devido aos elétrons nos centros de vacância de nitrogênio sendo excitados para um estado de energia mais alto pelo laser. Crédito: Cassondra George (OIST)

Pesquisadores do Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) desenvolveram um dispositivo levitante que utiliza a spin de elétrons em diamantes para investigar a relação entre a mecânica quântica e a gravidade. O estudo, publicado na revista Science Advances, oferece uma nova abordagem para explorar efeitos quânticos em objetos de maior massa.

Experimento com diamante e levitação quântica

O experimento consiste em um dispositivo de um centímetro que flutua, impulsionado pela interação entre a spin de elétrons em um diamante e forças magnéticas. A equipe liderada pelo professor Jason Twamley conseguiu observar uma resposta mecânica clássica a uma força quântica em um objeto significativamente mais massivo do que os utilizados em experimentos anteriores. O dispositivo é de 100 milhões a um bilhão de vezes mais pesado que os objetos usados em experimentos de spin-mecânicos.

Suspended Diamond With Nitrogen Vacancy Centers Illuminated by Green Laser
Foto em cores reais da metade inferior do arranjo experimental. O diamante com centros de vacância de nitrogênio está suspenso por uma haste de grafite acima de um ímã. Quando o diamante é iluminado com um laser verde, o estado de spin dentro do diamante se desloca, empurrando-o para baixo em direção ao ímã. O diamante brilha em vermelho devido aos elétrons nos centros de vacância de nitrogênio sendo excitados para um estado de energia mais alto pelo laser. Crédito: Cassondra George (OIST)

Desafios na pesquisa de gravidade quântica

Um dos principais desafios na pesquisa sobre gravidade quântica é a necessidade de colocar objetos massivos em superposição quântica. Até o momento, essa superposição foi demonstrada apenas em sistemas microscópicos, onde os efeitos gravitacionais são extremamente fracos. O primeiro autor do estudo, Anshuman Nayak, enfatiza que a levitação em vácuo é crucial para minimizar a influência de ruídos ambientais.

Laser Controlled Electron Spins Push a Diamond Downward
Uma representação gráfica dos movimentos observados. a) Quando o laser está desligado, a placa de diamante tem um pequeno momento magnético (seta azul) induzido pelo estado de spin latente dentro dos centros de vacância de nitrogênio do diamante. b) Quando o laser verde está ligado, o estado de spin é polarizado, fazendo com que o momento magnético flutue levemente, empurrando o diamante para baixo em direção ao campo magnético (setas vermelhas). A quantidade de movimento é rotulada como deslocamento (Δz). Crédito: Nayak et al., 2026.

Inovações na levitação magnética

A equipe do OIST adota uma abordagem inovadora ao utilizar a levitação magnética para suportar um dispositivo maior, ao invés de começar com objetos pequenos. O método de levitação diamagnética, que já é aplicado em trens maglev, foi adaptado para sustentar objetos de um centímetro, permitindo a observação de efeitos quânticos em escalas maiores. O dispositivo combina uma placa de grafite levitada diamagneticamente que sustenta um espelho e um diamante.

Spin Force Moves NV Diamond After Illumination With Green Laser
Ao iluminar um diamante com centros de vacância de nitrogênio com um laser verde de 50 miliwatts em pulsos e medir seus movimentos com um interferômetro, os pesquisadores detectaram movimentos para cima e para baixo (linha azul) impulsionados apenas por mudanças na força de spin. Esses movimentos foram muito maiores do que os observados quando o laser estava desligado (linha laranja). Crédito: Nayak et al., 2026

Perspectivas futuras para a gravidade quântica

As descobertas do OIST podem abrir novos caminhos para o entendimento da gravidade quântica. A pesquisa sugere que estados quânticos duráveis em diamantes podem permitir o controle de movimentos em escalas maiores. O próximo desafio será estender esse controle para preparar estados genuinamente quânticos do movimento do dispositivo, contribuindo para resolver questões fundamentais sobre a natureza da gravidade e suas interações.

Setup Used to Detect Movement Driven by Quantum Spin
A configuração utilizada para detectar movimento impulsionado pelo spin quântico. Uma amostra de diamante contendo defeitos de nitrogênio-vacância em sua estrutura atômica (inserto) está suspensa acima de um ímã por uma haste de fibra de carbono, que passa por um escudo magnético para evitar interferências, em seguida, por um outro conjunto de ímãs até uma placa de grafite levitante, projetada para minimizar o movimento causado pelo arranjo magnético. Um espelho na parte superior da placa de grafite reflete um feixe de laser de um interferômetro, que mede mudanças de distância com precisão de picômetros. Crédito: Nayak et al., 2026 & Pavel Puchenkov (OIST)

O avanço na pesquisa sobre gravidade quântica representa um passo significativo na busca por respostas a questões que desafiam a física moderna. A combinação de técnicas de levitação magnética e propriedades quânticas de diamantes pode levar a novas descobertas que ampliem o conhecimento sobre o universo.

Siga-nos no Google e Facebook

Posts Similares

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *