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.
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.
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.
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.
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.
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.
Pesquisadores da Universidade de Osaka identificaram um novo estado quântico que pode revolucionar a engenharia de materiais quânticos. Ilustração artística de elétrons interagindo na interface entre um material com espessura de um átomo…
Cientistas desenvolvem relógio nuclear com precisão de um segundo em 30 milhões de anos, prometendo avanços significativos na medição do tempo. Cientistas criaram um relógio nuclear autoestabilizante com uma precisão equivalente a um…
Pesquisadores descobriram dois estados supercondutores em CsV3Sb5, desafiando suposições e oferecendo novas pistas sobre supercondutividade. CsV3Sb5 é um material quântico incomum conhecido como metal kagome, nomeado pelo padrão triangular interconectado de átomos em…
Pesquisadores do MIT analisam a viabilidade de um laser de neutrinos e revelam barreiras físicas que tornam a proposta inviável. Uma proposta ousada para criar um "laser de neutrinos" encontrou um obstáculo quântico…
Pesquisadores identificaram altermagnetismo em material que pode revolucionar a eletrônica, melhorando eficiência e velocidade dos dispositivos. Pesquisadores identificaram assinaturas de um estado magnético incomum em um material em camadas à base de cobalto,…
Pesquisadores desenvolveram um material que combina rigidez excepcional e isolamento térmico, promissor para diversas aplicações. Ilustração de um filme híbrido de perovskita em camadas projetado para combinar extrema rigidez com transferência de calor…