A ÓPTICA QUÂNTICA, a área da física que estuda a interação da luz com a matéria em escala microscópica, é uma dos campos de pesquisa que tem feito mais progresso nos últimos anos, tomando cada vez mais espaço em periódicos científicos de renome, como as revistas “Nature” e “Science”. Mesmo ocupando posição de destaque em publicações especializadas, porém, os estudos de óptica quântica estão largamente ausentes do jornalismo científico de orientação mais geral. Por quê?

Como jornalista de formação não-técnica, eu me arrisco a dar uma resposta: tudo aquilo que envolve física quântica é extremamente contraintuitivo e difícil de entender, sobretudo para os leigos. Há alguns momentos, porém, em que não dá para fugir do assunto. Um deles foi o anúncio do Prêmio Nobel de Física de 2012, ontem, concedido a Serge Haroche e David Wineland, dois pesos-pesados da óptica quântica.

Os dois cientistas foram premiados por conseguiram pela primeira vez estudar o comportamento de partículas individuais sem destruí-las. Alguns leitores me pediram uma explicação um pouco mais detalhada sobre os experimentos, porém. O Nobel divulgou algumas imagens de esquemas dos os experimentos, e Paulo Nussenzveig, professor do Instituto de Física da USP, me ajudou a entender um pouco melhor o assunto. Aí abaixo está, então, uma tentativa de explicar o que Wineland e Haroche fizeram em seus laboratórios:

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ÁTOMO ISOLADO

• Usando um arranjo sofisticado de eletrodos, David Wineland conseguiu aprisionar átomos de berílio isolados em suspensão entre campos elétricos.
• Um pulso de laser especial colocava o átomo no estado energético mais baixo possível, no qual ele pode assumir propriedades “sobrepostas”. Pode, por exemplo, ocupar duas posições diferentes ao mesmo tempo na armadilha.
• O mesmo laser é usado para medir o objeto estudado. A técnica permite aos cientistas investigar o átomo sem destruir seu delicado estado de sobreposição.

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PARTÍCULA DE LUZ

• Com dois espelhos ultrarreflexivos, Haroche construiu uma cavidade para aprisionar fótons (partículas de luz) que ficavam rebatendo em espelhos por longos períodos.
• Um pequeno canhão lançava então átomos hiperexcitados do metal rubídio (que adquiriam forma de rosca) por uma fenda no espelho. Estes atravessavam o feixe de fótons aprisionados na cavidade.
• Os átomos eram capazes de interagir com os fótons sem destruí-los e chegar ao outro lado. Medindo propriedades do rubídio na saída, Haroche conseguia saber propriedades dos fótons com os quais tinha interagido, sem destrui-los.

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AS APLICAÇÕES

– A capacidade de observar propriedades de átomos individuais permitiu a Wineland construir relógios ultraprecisos, pois partículas individuais possuem propriedades intrínsecas de oscilação

– O estudo de partículas individuais abriu a corrida para a criação do “computador quântico”, que promete ter poder de processamento exponencialmente superior às melhores máquinas atuais