Formigueiro de Schrödinger: Físicos descobrem emaranhamento quântico em um cristal de um metal incomum com apenas um centímetro de tamanho.

É difícil traçar uma linha divisória entre os fenômenos da física quântica e da física clássica, mas sempre existe o desejo de aproximá-los da percepção humana do mundo. O mundo quântico exibe propriedades mágicas. Seria tentador trazer algo dele para o ambiente humano. Portanto, os cientistas estão se esforçando para demonstrar efeitos quânticos em objetos macroscópicos, para que possam ser literalmente tocados com as próprias mãos. E a esperança de que isso aconteça já surgiu.

Fonte da imagem: Universidade Técnica de Viena

Os físicos estudam os chamados metais estranhos há cerca de 40 anos. Essas substâncias são tão pouco estudadas que nem sequer possuem uma página própria na Wikipédia. Ela se refere apenas a líquidos de Fermi, cujas propriedades os metais estranhos não exibem — é isso que os distingue dos metais comuns. De modo geral, podem ser caracterizados como algo entre isolantes e condutores — elétrons livres já estão presentes, mas as propriedades condutoras ainda não se manifestaram. No entanto, é importante entender que esses metais (geralmente ligas) exibem todas as suas propriedades estranhas em temperaturas próximas do zero absoluto.

Há cerca de dois anos, descobriu-se que a corrente flui de forma irregular em metais estranhos. Em condutores comuns, ela é transportada fracionadamente, como um comportamento de grupo de quase-partículas — como rajadas. Em metais estranhos, a corrente flui sem flutuações — suavemente, como água em uma sarjeta. Um novo estudo, discutido abaixo, pode ter encontrado uma explicação parcial para isso. Mas seu valor reside em outro aspecto: pela primeira vez, cientistas conseguiram detectar emaranhamento quântico em grupo em metais estranhos, revelando mais um fenômeno quântico em um componente convencional relativamente grande.

O trabalho foi conduzido por pesquisadores da Universidade Técnica de Viena. Eles sintetizaram um cristal de Ce3Pd20Si6 com um centímetro de comprimento, composto por cério, paládio e silício. Como esperado para metais estranhos, seu estado metálico não convencional se manifesta em baixas temperaturas. Ao contrário dos metais comuns, cuja resistência em baixas temperaturas se comporta de acordo com a lei de Fermi, nos metais estranhos ela frequentemente varia de forma quase linear com a temperatura.temperatura.

O experimento foi conduzido na instalação de Espalhamento Inelástico de Nêutrons do Instituto Laue-Langevin em Grenoble (ILL). Um cristal de Ce3Pd20Si6 foi resfriado a dezenas de milikelvins e estudado em um campo magnético de aproximadamente 1,73 T, direcionado ao longo do eixo cristalográfico [001]. A irradiação do material com nêutrons revelou um efeito inesperado: em vez da transferência usual de energia de um nêutron para uma única partícula com uma resposta correspondente, o sistema respondeu muito mais fortemente, como se fosse uma interação de grupo. Isso foi descoberto usando a informação quântica de Fisher — um parâmetro em metrologia quântica que indica a intensidade da resposta de um sistema composto por muitas partículas.

“Em um material convencional, seria de se esperar que um nêutron transferisse sua energia para uma partícula individual”, explicam os cientistas. “No entanto, ao analisar os dados usando a informação quântica de Fisher, descobrimos uma resposta que não pode ser explicada em termos de partículas independentes.” Em vez disso, indica que grupos de pelo menos nove objetos emaranhados quânticos atuam coletivamente.” Em outras palavras, o cristal exibiu as propriedades do emaranhamento quântico em grupo em si mesmo, ao mesmo tempo que possuía dimensões impressionantes mesmo para padrões macroscópicos.

A respeito dos resultados do experimento, os cientistas brincaram que se deveria passar do gato de Schrödinger (no original, trata-se de um gato, não de um macho) para o formigueiro de Schrödinger: toque em um, e nove formigas emaranhadas com ele se excitam.

O experimento também nos permite conectar a física do estado sólido com a física quântica e, finalmente, explicar metais estranhos e o desaparecimento de quasipartículas (o fluxo contínuo de corrente, como discutido em [referência]).início) e resistência linear em relação à temperatura.