Física Quântica

26/06/2012 às 3:54 | Publicado em Artigos e textos, Zuniversitas | Deixe um comentário
Tags: ,

É muito atrevimento meu me meter com matéria tão difícil e complexa. Mas em eu já havia feito um post depois que li o livro O QUE É COMPUTAÇÃO QUÂNTICA. Assim prossigo nesse atrevimento com esses três artigos que me foram enviados por um amigo também colaborador deste blog (Tom Zé).


Identificado material capaz de fazer levitação quântica

Site Inovação Tecnológica – 30/04/2012Identificado material capaz de fazer levitação quântica

A força de Casimir atrai duas placas idênticas, mas alterações na geometria e nas propriedades do material de uma das placas pode inverter o sentido da força.[Imagem: Leonhardt/Philbin]

Benção e maldição

Em 1948, o físico holandês Hendrik Casimir calculou que dois espelhos colocados um diante do outro no vácuo atrair-se-iam mutuamente.

Essa força misteriosa surge da energia das partículas virtuais que pululam do vácuo, existindo e desaparecendo continuamente.

Depois de permanecer apenas na teoria durante muito tempo, nos últimos anos cientistas já usaram essa energia do vácuo quântico para produzir luz, enquanto outros propõem utilizá-la para construir nanomáquinas alimentadas pela tal “energia do nada”.

A força de Casimir pode ser misteriosa, mas é muito incômoda: essa atração entre objetos muito pequenos destrói rapidamente as MEMS e as nanomáquinas devido ao atrito, ou simplesmente porque as micro e nano peças grudam umas nas outras.

Levitação prática

Agora, Norio Inui, da Universidade de Hyogo, no Japão, calculou que, sob certas circunstâncias, uma reversão na direção do efeito Casimir será suficiente para levitar uma placa extremamente fina.

A possibilidade prática da chamada levitação quântica, que foi prevista por cientistas brasileiros, foi demonstrada pela primeira vez em 2009:

O pesquisador japonês disse que a coisa pode ser mais simples e mais poderosa: em vez de uma medição que demonstra sua possibilidade, ele descreveu um sistema onde a levitação pode ocorrer de forma direta e prática.

Segundo ele, a força de Casimir atrai duas placas idênticas, mas alterações na geometria e nas propriedades do material de uma das placas pode inverter o sentido da força.

Identificado material capaz de fazer levitação quântica

Uma placa de granada de ferro-ítrio pode fazer levitar uma placa de ouro de mesma espesssura meio micrômetro acima. [Imagem: Cortesia de NT-MDT]

Aplicações da levitação

Inui calculou que uma placa feita de um material chamado granada de ferro-ítrio ( YIG – yttrium iron garnet) pode fazer levitar uma placa de ouro meio micrômetro acima.

Um elemento-chave da descoberta é que a força repulsiva, ou a capacidade da ferrita de ítrio de gerar a levitação, aumenta conforme sua espessura diminui.

Isto seria muito conveniente, uma vez que o peso da placa e, consequentemente, a magnitude da força necessária para levitá-la, diminui com a espessura.

Se os cálculos de Inui resistirem aos testes, haverá pela primeira vez a possibilidade de construção de nanomáquinas e nanorrobôs que não travem depois de apenas alguns minutos de funcionamento.

Mas haverá também efeitos de largo alcance no aumento da precisão de equipamentos, como giroscópios levitantes, e nas medições de experimentos científicos, incluindo a comunicação do mundo quântico com o mundo clássico:

Bibliografia:Quantum levitation of a thin magnetodielectric plate on a metallic plate using the repulsive Casimir force
Norio Inui
Journal of Applied Physics
Vol.: 111 (7): 074304
DOI: 10.1063/1.3698619

Levitação quântica é demonstrada pela primeira vez

Agência Fapesp – 16/01/2009

Levitação quântica é demonstrada pela primeira vez

Cientistas conseguem inverter pela primeira vez o efeito de Casimir, obtendo uma força repulsiva que poderá ter importantes aplicações na nanotecnologia.[Imagem: Federico Capasso]

Atração vira repulsão. O resultado: levitação. Um trio de pesquisadores baseado nos Estados Unidos conseguiu obter, pela primeira vez, uma força quântica repulsiva. A descoberta poderá ser empregada em um grande número de aplicações nanotecnológicas.

O estudo, liderado por Federico Capasso, professor na Escola de Engenharia e Ciência Aplicada na Universidade Harvard, ganhou a capa da última edição da revista Nature (veja também Levitação quântica já havia sido prevista por pesquisadores brasileiros).

Força de Casimir

O feito de Capasso e equipe foi demonstrar que um inusitado efeito quântico, conhecido como força (ou efeito) de Casimir, pode se manifestar não apenas de forma atrativa, mas também repulsiva, o que traz importantes implicações para a física.

Em 1948, o físico holandês Hendrik Casimir (1909-2000) previu que duas placas condutoras perfeitas não carregadas eletricamente atrairiam uma a outra no vácuo, por conta das flutuações quânticas no campo eletromagnético no vácuo entre as placas. Desde então, a previsão foi verificada diversas vezes, mas sempre de forma atrativa.

Essa força se torna significativa quando o espaço entre duas superfícies metálicas, como o de dois espelhos um de frente para o outro, é menor do que 100 nanômetros. “[Nesse caso] Quando duas superfícies do mesmo material, como o ouro, são separadas por vácuo, ar ou um fluido, a força resultante é sempre de atração”, disse Capasso.

Atrito danoso

A força atrativa de Casimir tem sido medida com grande precisão e tem sido aplicada no desenho de dispositivos mecânicos em escala nanométrica. Mas muitas vezes a natureza da força, ou seja, sua atração, tem levado a mais problemas do que soluções.

“Um dos problemas é que os componentes em um dispositivo nanométrico podem acabar grudados de modo irreversível. A necessidade de uma força de Casimir repulsiva deriva do potencial de resolver esse problema e também para fazer com que objetos levitem em fluidos, o que pode encontrar aplicações na nanotecnologia.

Força quântica repulsiva

Propostas para o desenho de metamateriais capazes de produzir tal força repulsiva têm sido feitas, mas sem sucesso”, disse Steve Lamoreaux, do Departamento de Física da Universidade Yale, em comentário sobre a descoberta na mesma edição da revista.

Sem sucesso até agora. Capasso e colegas substituíram uma das superfícies metálicas imersas em um fluido por uma de sílica (dióxido de silício) e verificaram que a força entre elas mudou de atração para repulsão.

Para medir esta força de repulsão, os pesquisadores colocaram uma microesfera coberta de ouro em um cantiléver mecânico imerso em um líquido (bromobenzeno) e mediram seu desvio conforme variavam a distância até a placa de sílica.

Forças de Casimir repulsivas

“Forças de Casimir repulsivas são de grande interesse, uma vez que podem ser usadas em sensores de força ou de torque ultrassensíveis para levitar um objeto imerso em um fluido em distâncias nanométricas da superfície. Dessa forma, esses objetos se tornam livres para realizar movimentos de rotação ou de translação em relação a outros com o mínimo de fricção estática, pois suas superfícies nunca entram em contato direto”, disse Capasso.

Forças de Casimir atrativas limitam a miniaturização de dispositivos conhecidos como MEMS (Micro Electromechanical Systems), usados nas mais diversas aplicações, como no acionamento de airbags em automóveis. O motivo é que a atração faz com que as partes de um mecanismo se grudem umas nas outras, tornando-as inoperantes. Com a repulsão, o mesmo não ocorreria.

Levitação quântica

Os autores do novo estudo apontam entre as aplicações potenciais da descoberta o desenvolvimento de peças nanométricas baseadas na levitação quântica para situações em que é necessária a fricção estática ultrabaixa entre peças mecânicas micro ou nanométricas. Especificamente, os pesquisadores destacam a fabricação de novos tipos de bússolas, acelerômetros e giroscópios, todos em escala nanométrica.

Bibliografia:Measured long-range repulsive Casimir-Lifshit forces
Jeremy Munday, Federico Capasso, Adrian Parsegian
Nature Physics
8 January 2009
Vol.: 457, 156-157
DOI: 10.1038/457156a

FÍSICOS TELETRANSPORTAM OBJETO QUÂNTICO POR 97 KM

(Cientistas chineses criaram mecanismo que permitiu a fóton mudar de ponto sem se perder)

Vanessa Daraya, de
Universidade de Tóquio

Experimento de comunicação quântica na Universidade de Tóquio

Laboratório de comunicação quântica

São Paulo – Cientistas chineses da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, em Xangai, conseguiram teletransportar um objeto quântico por 97 quilômetros em quatro horas pela primeira vez.

Para isso, os pesquisadores criaram um mecanismo guiado a partir de um laser de 1,3 watt. Ele permitiu a um fóton mudar de ponto sem se perder.

O teletransporte quântico acontece com o uso de um fóton, capaz de transmitir o estado quântico de um objeto a outro. Assim, é possível que o receptor se transforme em um clone daquele que envia os dados.

A ideia é que não seja o objeto físico o teletransportado, mas a informação que o descreve. Portanto, não há desmaterialização e rematerialização física.

Em 2010, o mesmo grupo de físicos anunciou ter teletransportado fótons individuais por quase 16 quilômetros. Porém, a distância não foi considerada boa suficiente para ser útil.

A descoberta alimenta ideias para o uso dessa tecnologia. Satélites baseados em comunicação quântica são uma aplicação muito útil para a criptografia quântica a partir do teletransporte.

Anúncios

Blog no WordPress.com.
Entries e comentários feeds.

%d blogueiros gostam disto: