Flutuações do vácuo quântico alteram material à distância

Segredos do vácuo

Há muito sabemos que o vácuo não é vazio, com vários experimentos já tendo demonstrado que esse ” vácuo quântico” é repleto de partículas virtuais, que surgem e desaparecem o tempo todo, mas com as quais podemos interagir, o que inclui capturá-las de sua virtualidade e transformá-las em partículas reais.

O que não sabíamos é que esse vácuo quântico pode ter uma ação à distância – quase fantasmagórica, diria Einstein.

Fazer experimentos com o vácuo quântico é complicado, exigindo aparatos criogênicos delicados, nos quais essa vacuidade é efêmera, com partículas sempre surgindo de todos os lados para atrapalhar as observações.

Por outro lado, essas flutuações quânticas estão por toda parte, e em alguns locais pode ser mais fácil encará-las. Nos materiais atomicamente finos, ou bidimensionais, por exemplo, estas flutuações incluem vibrações aleatórias que podem alterar campos eletromagnéticos.

É uma abordagem ainda inovadora, que está sendo discutida agora, mas os teóricos garantem que vale a pena porque lidar com essas flutuações pode permitir nada menos do que modificar os materiais e suas propriedades – aparentemente sem contato.

“É um santo graal que temos procurado há décadas,” disse o professor Dmitri Basov, da Universidade de Colúmbia, nos EUA. “Acreditamos que o encontramos.”

Desligando a supercondutividade

Basov e 32 colaboradores de 17 instituições ao redor do mundo se uniram para confirmar que as flutuações quânticas provenientes do vácuo dentro de camadas ultrafinas de materiais de van der Waals podem alterar as propriedades de um cristal maior próximo. É a primeira realização experimental das possibilidades aventadas pelos teóricos.

Mais interessante ainda, o experimento envolveu usar um material monoatômico, o conhecido hBN (nitreto de boro hexagonal) para desligar à distância a supercondutividade de outro material, conhecido como k-ET {k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br}.

“Qualquer novo controle que as pessoas encontrem para ajustar a supercondutividade é significativo,” disse Itai Keren, membro da equipe.

As flutuações quânticas entre as camadas de hBN vibram em uma ressonância característica que coincide com a do k-ET. “Essa foi a nossa intuição: se as vibrações coincidirem, elas devem interagir entre si,” disse Keren. De fato, à medida que as duas interagem, o ambiente eletromagnético no cristal de k-ET se altera de forma a impedir o movimento de seus elétrons, evitando que eles alcancem um estado supercondutor coletivo. Quando o hBN foi testado contra um supercondutor com um conjunto diferente de ressonâncias, nada aconteceu.

Ação à distância

O segredo para essa ação à distância está nas cavidades, estruturas minúsculas que podem confinar a luz e outras ondas eletromagnéticas. Quando não há ondas presentes, a cavidade é, em certo sentido, um vácuo. Mas isso não significa que seja um vazio completamente oco: As cavidades ainda abrigam flutuações quânticas.

Cavidades vêm sendo criadas há algum tempo usando espelhos, mas as flutuações quânticas se intensificam à medida que se tenta diminuir o tamanho das cavidades, de modo a torná-las mais precisas. Como as folhas de hBN têm espessura nanométrica, elas praticamente têm o menor tamanho possível. É uma estrutura muito parecida com a recentemente apresentada maneira de capturar a luz no ar usando vazios.

As partículas virtuais que emergem do vácuo quântico podem ser descritas como quasipartículas, e são elas que interagem com o material próximo, graças à sua “conexão” via ressonância. “As flutuações do vácuo são extremamente pequenas, mas o efeito observado é enorme. A supercondutividade foi suprimida no k-ET a quase meio micrômetro, 10 vezes a largura da lâmina de hBN usada,” contou o professor Angel Rubio.

Hoje, modificar as propriedades de um material geralmente envolve algum tipo de “força bruta”: Uma pancada mecânica, um pouco de calor ou um pulso de laser, e os efeitos são de curta duração. Mas, sem a força externa, as modificações poderão ser mais duradouras, antevê a equipe.