Marta Fernández - Europa Press - Arquivo
MADRID 20 abr. (EUROPA PRESS) -
O próprio fluxo do tempo poderia existir em uma verdadeira superposição quântica, avançando mais rápido e mais devagar simultaneamente, de acordo com a teoria quântica. Agora, um novo artigo do Instituto Tecnológico Stevens (Estados Unidos) intitulado “Assinaturas quânticas do tempo próprio em relógios de íons ópticos”, publicado na “Physical Review Letters”, demonstra que essa surpreendente possibilidade poderá em breve ser testada em laboratório.
Poucos conceitos na física são tão familiares e, ao mesmo tempo, tão enigmáticos quanto o tempo. Na teoria da relatividade de Einstein, o tempo não é absoluto: seu decorrer depende do movimento e da gravidade. Mas, quando combinada com a física quântica, essa concepção relativista do tempo torna-se ainda mais contraintuitiva.
Neste trabalho, uma equipe liderada pelo professor adjunto de física teórica Igor Pikovski no Instituto Tecnológico Stevens, em colaboração com os grupos experimentais de Christian Sanner na Universidade Estadual do Colorado e Dietrich Leibfried no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), todos nos Estados Unidos, explora os aspectos quânticos do fluxo do tempo e como eles podem ser acessados por meio de relógios atômicos.
Seus resultados sugerem que as mesmas tecnologias quânticas que estão sendo desenvolvidas para relógios e computadores quânticos de última geração poderão em breve explorar algo muito mais fundamental: quando o movimento de um relógio obedece à mecânica quântica, seu movimento pode existir em superposição, e com ele a própria passagem do tempo registrada.
Isso é análogo ao famoso experimento mental de Schrödinger, onde a natureza contraintuitiva da superposição quântica é ilustrada por um gato que está vivo e morto ao mesmo tempo; aqui é a própria passagem do tempo que está em superposição, como um gato que é jovem e velho ao mesmo tempo.
“O tempo desempenha papéis muito diferentes na teoria quântica e na relatividade”, afirma Pikovski. “O que demonstramos é que, ao combinar esses dois conceitos, podem ser revelados sinais quânticos ocultos do fluxo temporal que não podem mais ser descritos pela física clássica”.
Na teoria da relatividade, cada relógio experimenta seu próprio fluxo temporal, que, por sua vez, depende da velocidade e da posição. Por exemplo, um relógio que se move a 10 m/s durante 57 milhões de anos atrasaria apenas um segundo em relação a outro relógio em repouso. Isso foi observado e confirmado com relógios de ultraprecisão, como os relógios de íons de alumínio do NIST.
Esse efeito costuma ser ilustrado como o “paradoxo dos gêmeos”: dois gêmeos idênticos envelhecerão de maneira diferente se um deles fizer uma viagem de ida e volta em alta velocidade. No entanto, existe uma versão mais contraintuitiva, o “paradoxo quântico dos gêmeos”, que questiona se um único relógio pode experimentar dois momentos distintos em uma superposição quântica e se tornar ao mesmo tempo mais jovem e mais velho.
De acordo com a teoria quântica, tal como descrita por Pikovski e seus colaboradores há mais de uma década, isso deveria ocorrer. Até agora, esses efeitos tão sutis estavam fora do alcance experimental; no entanto, o novo estudo teórico da equipe demonstra que os relógios atômicos já são capazes de alcançar isso.
Os autores do artigo, agora publicado, investigaram a interação entre o tempo relativista e os efeitos quânticos em relógios atômicos, como os desenvolvidos no NIST e na Universidade Estadual do Colorado, onde os cientistas capturam íons individuais (como alumínio ou itérbio), resfriam-nos a uma temperatura próxima do zero absoluto e manipulam seus estados quânticos com pulsos de laser.
Os resultados de seu estudo demonstram que, ao combinar a tecnologia de relógios, que evolui rapidamente, com as técnicas de informação quântica desenvolvidas para a computação quântica de íons aprisionados, é possível observar características quânticas do tempo únicas e até agora não detectadas.
“Os relógios atômicos são agora tão sensíveis que podem detectar pequenas diferenças de tempo causadas exclusivamente por vibrações térmicas em temperaturas minúsculas”, observa Gabriel Sorci, doutorando no Instituto Tecnológico Stevens e coautor do artigo. “Mas mesmo na temperatura do zero absoluto, o estado fundamental, a frequência do relógio continuará sendo afetada apenas por flutuações quânticas.”
A equipe foi um passo além. Em vez de simplesmente resfriar os átomos, eles demonstraram que é possível manipular o próprio vácuo, criando os chamados estados comprimidos, nos quais a posição e a velocidade do relógio exibem um comportamento quântico sutil.
O resultado é uma nova manifestação do tempo relativista no regime quântico, onde surgem superposições e entrelaçamento temporal: um único relógio pode medir como avança e retrocede simultaneamente, e se entrelaçar com o movimento comprimido. A equipe agora se propõe a demonstrar os efeitos em laboratório.
“Contamos com a tecnologia para gerar a compressão necessária e um caminho para alcançar a precisão exigida nos relógios iônicos para observar tais efeitos pela primeira vez”, informa Sanner, da Universidade Estadual do Colorado.
Olhando para o futuro, Pikovski, cujo trabalho recente inclui a demonstração de que é possível detectar gravitões individuais por meio da tecnologia quântica, aponta para uma perspectiva mais ampla. “A física ainda está repleta de mistérios em seu nível mais fundamental. As tecnologias quânticas estão nos proporcionando novas ferramentas para esclarecê-los.”
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