A lei universal da física descoberta graças a uma gota de azeite – 09/05/2020

A lei universal da física descoberta graças a uma gota de azeite - 09/05/2020

A lei, cuja explicação foi publicada na revista científica Physical Review Letters, trata de fótons que interagem com outros fótons do presente e do passado ao mesmo tempo.

Parece um experimento simples: com apenas dois espelhos e uma gota de azeite, um grupo de cientistas conseguiu descobrir uma lei universal da física.

Mas este não é nenhum tipo de espelho. São de extrema qualidade, curvas e entre dez e 50 vezes menores que a espessura de um cabelo.

O petróleo, por outro lado, era do mesmo tipo comum e foi comprado em um supermercado, disse o físico mexicano Said Rodríguez à BBC News Mundo (serviço da BBC em espanhol).

Ele lidera a equipe do instituto científico holandês Amolf, que em meados de abril publicou um estudo que revelou uma nova lei universal da física a partir de um experimento com partículas de luz (fótons).

A explicação desta lei, publicada na revista científica Physical Review Letters, trata de fótons que interagem com outros fótons do presente e do passado ao mesmo tempo.

Três conceitos-chave

Tudo começa com o conceito de biestabilidade.

“Imagine um bit de computador que pode estar em dois estados: 0 ou 1. O problema é que ele possui apenas um comando. Portanto, se você pressionar um botão, é provável que o bit caia para 0 ou caia para 1”, diz ele. . O investigador.

Agora vem um segundo conceito: biestabilidade em um sistema de memória.

Rodríguez troca uma analogia. “Agora imagine que você joga uma moeda no ar e a enfrenta. Então você a joga novamente. O resultado depende de já ter sido caro antes? Não deveria e, na maioria dos sistemas, não é. Mas para esse sistema, sim.” É isso que o torna especial. “

Em outras palavras, a probabilidade depende do que aconteceu no passado, na sua história. Dizem que isso tem um sistema de memória.

Rahimzadeh-Kalaleh Rodríguez disse que lidera um grupo de pesquisadores que fizeram uma descoberta.

Imagem: GENTILEZA SAID RODRÍGUEZ

E para o terceiro conceito, a luz é adicionada.

“Infelizmente, é muito difícil criar biestabilidade para a luz”, diz o físico, porque “requer luz para interagir consigo mesmo e isso praticamente nunca ocorre no espaço livre”.

“Quando dois raios laser se cruzam, eles continuam a se espalhar como nunca se viram”, diz ele, exemplificando que os sabres de luz como os mostrados nos filmes da série. Guerra das galáxias Eles não existem em um ambiente normal.

O truque é que eles interagem com certos materiais. Foi assim que o experimento começou a ser temperado com uma gota de óleo.

Uma ideia do México

“A chave é ‘capturar’ a luz, confiná-la em um espaço muito pequeno”, explica Rodríguez.

Essa é a função dos dois pequenos espelhos de cavidade que fazem parte do experimento, que são colocados muito próximos um do outro, com uma gota de óleo no meio, dentro de uma cavidade.

“Esses espelhos permitem que a luz salte de um lado para o outro, passando pelo óleo. É justamente aí que a interação entre os fótons é gerada”, diz Rodríguez.

O físico diz que sabia de pesquisas que verificaram a interação de fótons no óleo de mamona.

A ilustração representa os dois espelhos, a cavidade no centro com azeite e um raio de luz - HENK-JAN BOLUIJT / AMOLF

A ilustração representa os dois espelhos, a cavidade no centro com azeite e um raio de luz.

Imagem: HENK-JAN BOLUIJT / AMOLF

Eles tentaram e também o óleo de macadâmia, mas foi em uma revista de física aplicada no México, em um artigo publicado em espanhol, que Rodríguez e sua equipe encontraram um relatório de um efeito curioso encontrado com a luz interagindo no azeite de oliva. .

“Fomos literalmente ao supermercado e compramos o óleo”, diz ele.

O experimento funcionou: “Descobrimos que o azeite de oliva permite as interações mais fortes da luz consigo mesma”.

Um nelevai eleeu

Então, qual foi a descoberta do grupo?

A descoberta ocorreu quando os espelhos começaram a se mover, para variar a distância entre eles.

Portanto, eles perceberam que a biestabilidade desaparece a uma velocidade universal, independentemente de parâmetros como intensidade de luz.

Nas palavras de Rodríguez: “A lei universal que descobrimos está relacionada à velocidade com que a biestabilidade desaparece nos sistemas de memória”.

Os sabres de luz colidiriam no ar? Física discorda de Guerra nas Estrelas - GETTY IMAGES

Os sabres de luz colidiriam no ar? Física discorda de Guerra nas Estrelas

Imagem: GETTY IMAGES

Para explicar melhor, vamos voltar à analogia da moeda.

“Você começa com uma moeda que pode ser cara ou coroa e, à medida que a velocidade em que você joga uma moeda aumenta, a moeda se torna unilateral”, diz o físico.

“Ele não pode mais ter duas faces. É uma. Dizer que sempre cai do mesmo lado seria errado, porque não existem dois lados, mas um”, acrescenta.

Tudo isso soa estranho? O próprio Rodríguez é o primeiro a reconhecer isso.

“Tudo isso parece muito abstrato ou específico, mas existem muitos sistemas que possuem essa propriedade de que sua resposta não é independente do passado, ou seja, que eles têm memória”, diz Rodríguez.

E como as equações que descrevem seu sistema “são muito semelhantes às que descrevem muitos outros sistemas em física, química, biologia e engenharia”, a lei que encontraram é considerada universal.

Aplicações práticas

“Observar a biestabilidade óptica em uma cavidade preenchida com azeite de oliva é provavelmente a parte mais importante de nossas pesquisas para futuras aplicações”, explica Rodríguez.

Rodríguez é líder de grupo no Instituto Amolf em Amsterdã por dois anos e meio - AMOLF

Rodríguez é líder de grupo no Instituto Amolf em Amsterdã há dois anos e meio.

Imagem: AMOLF

A biestabilidade é usada em muitas tecnologias modernas, pois é uma maneira eficiente de codificar informações.

No entanto, o sistema no qual essa equipe internacional alcançou a biestabilidade “permite um alto grau de controle e pode operar com muito pouca emissão de luz, e essas propriedades o tornam muito atraente para aplicações”.

Rodríguez lista três aplicações possíveis: sensores para detectar pequenas partículas, dispositivos que permitem o transporte de luz de maneiras incomuns e computadores ópticos que podem processar quantidades de informações que excedem a capacidade dos computadores comuns de hoje.

No caso deste último exemplo, o físico não fala em fabricar computadores que, a curto prazo, substituam os nossos.

“Mas existem certos problemas que são muito específicos, mas muito importantes, nos quais computadores comuns modernos são muito ruins, porque são muito lentos”.

Esses são problemas de otimização de grande relevância em muitas áreas da ciência e tecnologia, entre outras.

Um exemplo é o que acontece ao pesquisar em um aplicativo de mapeamento como ir do ponto A ao ponto B.

“O que você faria para encontrar rapidamente a menor distância?”, Pergunta o cientista. “Bem, você teria que encontrar todos os caminhos diferentes e medi-los.”

Para fazer isso, execute um cálculo serial: primeiro localize a rota um, depois a rota dois, a rota três, a rota quatro e assim por diante até que tudo esteja completo e o menor seja definido. Um computador comum faria o mesmo.

“Em nosso sistema, não procederíamos em série, mas em paralelo: todas as estradas podem ser exploradas ao mesmo tempo”, explica Rodríguez.

A ilustração representa os dois espelhos, a cavidade no centro com azeite e um raio de luz - HENK-JAN BOLUIJT / AMOLF

A ilustração representa os dois espelhos, a cavidade no centro com azeite e um raio de luz.

Imagem: HENK-JAN BOLUIJT / AMOLF

Certamente, esse cálculo otimizado não seria alcançado com dois espelhos e uma gota de óleo, mas com “redes de cavidades, ou seja, muitos, muitos espelhos, lado a lado, interagindo uns com os outros”.

Você pode estar pensando agora que o mesmo problema é o que os computadores quânticos estão trabalhando com grandes empresas como IBM e Microsoft, além de institutos de pesquisa e governos em todo o mundo.

Rodríguez diz: “A vantagem, do meu ponto de vista, é que nosso sistema pode operar em temperatura ambiente e é muito mais fácil de manusear e fabricar” do que o sistema quântico.

E o que dizer da nova lei universal em si? O pesquisador não acredita em aplicações imediatas.

“No entanto, ele nos informa sobre uma característica desse tipo de sistema que devemos levar em consideração para futuras aplicações”, diz Rodríguez.

“É surpreendente que uma única gota de óleo tenha revelado tanta física nova e estou muito empolgado com o que ainda pode ser descoberto neste sistema simples”.

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About the Author: Adriana Costa

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