Nanotecnologia

Menor força já medida é expressa em yoctos

Menor força já medida
O oscilador mecânico converteu uma força em movimento mecânico com uma sensibilidade próxima ao Limite Quântico Padrão, imposto pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg.[Imagem: Kevin Gutowski]

Menor força já medida

Acaba de ser detectada aquela que é a menor força já medida.

Usando uma combinação de lasers e uma armadilha óptica que prende uma nuvem de átomos ultrafrios, os pesquisadores mediram uma força de 42 yoctonewtons.

Um yoctonewton representa um septilhonésimo de um newton - 10-24 newtons (ou 0,000.000.000.000.000.000.000.001).

O feito foi realizado por Sydney Schreppler e uma equipe do Instituto Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, ambos nos Estados Unidos.

"Nós medimos uma força com uma sensibilidade que é a mais próxima do Limite Quântico Padrão já alcançada," disse Schreppler. "Conseguimos alcançar essa sensibilidade porque nosso oscilador mecânico é composto por apenas 1.200 átomos."

Limite Quântico Padrão

Os osciladores mecânicos são o coração de todos os detectores de força ultrassensíveis, traduzindo uma força aplicada em um movimento mecânico mensurável.

Contudo, conforme as medições de força e movimento atingem níveis quânticos de sensibilidade, elas se deparam com uma barreira imposta pelo Princípio da Incerteza de Heisenberg, quando a própria medição perturba o movimento do oscilador, um fenômeno conhecido como ação reversa quântica.

É esta barreira que é conhecida como o Limite Quântico Padrão (LQP).

Menor força já medida
Neste gráfico o Limite Quântico Padrão é representado pela sigla SQL (Standard Quantum Limit). [Imagem: Sydney Schreppler et al. - 10.1126/science.1249850]

Os pesquisadores aplicaram uma força externa ao centro de massa da nuvem ultrafria de átomos presa dentro da cavidade óptica e mediram o seu deslocamento - é essa nuvem de átomos que funciona como oscilador mecânico.

"Nós alcançamos uma sensibilidade que é consistente com as previsões teóricas e apenas um fator de quatro acima do Limite Quântico Padrão, a medição mais precisa que pode ser feita," disse o professor Dan Stamper-Kurn, que recentemente coordenou um experimento histórico no campo dos raios tratores.

Ondas gravitacionais

O feito terá aplicações em áreas dimensionalmente muito diferentes, do crescente esforço em busca das ondas gravitacionais previstas por Einstein, até aferir se a Lei da Gravidade expressa por Newton aplica-se em nível microscópico.

O observatório LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), por exemplo, para tentar ter sucesso na detecção das ondas gravitacionais, precisará mensurar movimentos equivalentes a um milésimo do diâmetro de um próton.

A propósito de tantos limites e dimensões tão reduzidas, os físicos não têm ainda claro qual é a menor coisa que pode existir no Universo

Bibliografia:

Optically measuring force near the standard quantum limit
Sydney Schreppler, Nicolas Spethmann, Nathan Brahms, Thierry Botter, Maryrose Barrios, Dan M. Stamper-Kurn
Science
Vol.: 344 no. 6191 pp. 1486-1489
DOI: 10.1126/science.1249850
http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1249850




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