Nanotecnologia

Sensor de luz mede menores vibrações da matéria

Sensor de luz mede menores vibrações da matéria
O sensor capaz de medir as menores vibrações da matéria consiste de uma espécie de corda de violão feita de vidro, colocada ao lado de um sensor óptico de deslocamento. [Imagem: Dal J. Wilson et al. - 10.1038/nature14672]

Flutuações do ponto zero

A mecânica quântica prevê que um objeto, mesmo quando resfriado até o zero absoluto, produz pequenas vibrações, chamadas de "flutuações do ponto zero".

A razão pela qual nós não observamos essas vibrações na vida cotidiana é que, para um objeto grande e tangível a temperatura ambiente, elas são muito menores do que as vibrações causadas pelo movimento térmico dos átomos - que nos chegam em macroescala na forma de calor.

Pesquisadores da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, agora superaram o desafio de medir as vibrações quânticas, separando-as dos efeitos térmicos.

Esse sensor capaz de medir as menores vibrações da matéria consiste de uma espécie de corda de violão feita de vidro, colocada ao lado de um sensor óptico de deslocamento, similar ao utilizado para construir um transístor totalmente óptico.

O sistema é tão preciso que pode medir as flutuações de ponto zero da corda de vidro antes que elas sejam obscurecidas pelas vibrações termais. Os experimentos mostraram a redução das vibrações termais a um nível apenas 10 vezes maior do que o virtualmente inalcançável valor de ponto zero.

Pressão de radiação

Este sensor de altíssima velocidade consegue capturar uma "imagem" na qual o efeito de deslocamento do objeto - em outros termos, a incerteza de sua posição - é menor do que a incerteza causada pelo movimento térmico dos seus átomos constituintes.

Capturando um fluxo contínuo dessas "imagens congeladas", torna-se possível reduzir o movimento de um objeto mecânico - neste caso, a vibração da corda de vidro - para o valor que ela teria se fosse resfriada a apenas 0,001 grau acima do zero absoluto.

Esse efeito de resfriamento da corda é obtido por um efeito colateral bem conhecido das medições ópticas: a chamada "pressão de radiação", uma pequena força gerada conforme a luz dá cada volta em torno do disco. Um segundo laser equilibra essa pressão, permitindo as leituras inéditas das vibrações.

"A pressão de radiação aplicada pelo segundo campo [de luz], quando adequadamente retardado, opõe-se exatamente ao movimento térmico da corda, de forma parecida com o cancelamento de ruído de um fone de ouvido," explicou Dal Wilson, construtor do aparato.

Bibliografia:

Measurement-based control of a mechanical oscillator at its thermal decoherence rate
Dal J. Wilson, V. Sudhir, N. Piro, R. Schilling, A. Ghadimi, T. J. Kippenberg
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature14672




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