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| Três quarks formando matéria |
O comportamento probabilístico dessas partículas tornava muito difícil seu monitoramento o que levou a simulá-las em computadores. Embora tenha-se demorado para desenvolver o primeiro computador quântico a dificuldade maior foi construir simuladores quânticos capazes de imitar qualquer comportamento de partículas subatômicas. Isso só foi possível quando os componentes básicos dos simuladores funcionavam com base no mesmo princípio.
Vácuo Quântico
O vácuo quântico se resume ao vácuo perfeito, ou seja, elimina-se tudo de um determinado espaço, não lhe deixa uma molécula ou partícula se quer naquela região.
Desta forma o vácuo quântico é formado apenas por campos e ondas de todas as frequências, desde ondas que representam partículas até ondas eletromagnéticas, obtendo assim o menor estado de energia possível, onde as partículas saltam entre a existência e a inexistência.
Embora essas partículas sejam denominadas "partículas virtuais", suas efemeridades apresentam efeitos sobre o mundo real, por esse motivo que os físicos afirmam que a matéria é o resultado das flutuações do vácuo quântico.
Afirmam também que corpos celestes extremos podem atuar diretamente sobre o vácuo quântico e interferir e fenômenos astrofísicos.
Produção de Fótons a partir do Vácuo Quântico
Físicos da Universidade Tecnologia de Chalmers, Suécia, fizeram com que o vácuo quântico gerasse fótons reais.
Partiram do principio que no vácuo quântico, as partículas virtuais surgem, seria possível detectá-las ou capturá-las. Para detectá-las indiretamente seria necessário colocar dois espelhos muito próximos um do outro, pois a proximidade entre eles limita a quantidade de partículas virtuais que existem entre eles. Com isso, a quantidade de partículas que existem fora dos espelhos é superior a que existe entre eles, os espelhos são empurrados um na direção do outro, aproximando-os. Esse empurrão é conhecido como Força de Casimir e detectável pelos instrumentos atuais.
Mas se usassem um único espelho, que absorvesse a energia das partículas virtuais e posteriormente reemití-las na forma de fótons reais, seria mais interessante. Entretanto, para que isso acontecesse o espelho deveria se mover na velocidade da luz.
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| Fótons no vácuo quântico são refletidos em fotocélulas |
A equipe da Universidade Tecnologia de Chalmers, liderada por Delsing, usaram no lugar do espelho um sensor sensível a campos magnéticos, denominado SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), que ao ser atravessado por um campo magnético, ele se move ligeiramente.
Ao alterar o sentido do campo magnético vários bilhões de vezes por segundo, o SQUID sacode velozmente, atingindo cerca de 5% da velocidade da luz. Velocidade suficiente para que o sensor gere um "chuveiro de fótons" que surgem do vácuo quântico para o mundo real, detectados por fotocélulas.
Conforme previsto, os fótons tem metade da frequência das sacudidas do SQUID.
Matéria e Antimatéria Criadas no Vácuo Quântico
Igor Sokolov e seus colegas da Universidade de Michigan, EUA, garantem que sob condições adequadas, utilizando um feixe de laser de ultra-alta intensidade e um acelerador de partículas de dois quilômetros de extensão é possível criar algo do nada.
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| Partícula e Antipartícula Emergindo do Vácuo Quântico |
Concluíram, também, dos cálculos que é possível produzir centenas de partículas a partir de um único elétron, acredita-se que esse fenômeno ocorra na natureza, em pulsares e estrelas de nêutrons.
Em condições normais, matéria e antimatéria ao entrarem em contato destroem-se mutuamente, emitindo raios gama. Contudo sob ação de um forte campo eletromagnético, esse aniquilamento, pode ser fonte de novas partículas, pois no curso da aniquilação, surgem fótons gama (partículas de luz de alta energia), que podem produzir elétrons e pósitrons adicionais.
Origem da Matéria e Flutuações do Vácuo Quântico
O Modelo Padrão da física das partículas descreve as interações fundamentais das partículas elementares para formar toda a matéria visível no Universo, explicando com precisão a massa dos prótons e dos nêutrons, que juntos compõem cerca de 99% da massa do Universo.
Tanto o próton quanto o nêutron são formados por 3 quarks, esses quarks correspondem à cerca de 1% da massa de todo próton ou nêutron. Os outros 99% de massa são obtidos nas complicadas ligações dos glúons com os quarks, conforme as leis da cromodinâmica quântica (QCD) descreve.
Tanto o próton quanto o nêutron são formados por 3 quarks, esses quarks correspondem à cerca de 1% da massa de todo próton ou nêutron. Os outros 99% de massa são obtidos nas complicadas ligações dos glúons com os quarks, conforme as leis da cromodinâmica quântica (QCD) descreve.
Partículas Virtuais
Os glúons são partículas virtuais que surgem e desaparecem de forma aleatória, a força nuclear forte responsável por unir os quarks, tem orgiem no campo formado pelos glúons.
Devido as interações entre quarks e glúons estarem na casa dos trilhões, é praticamente impossível utilizar as equações da cromodinâmica quântica para calcular a força nuclear forte.
Afim de solucionar esse problema, pesquisadores criaram a técnica batizada por Rede QCD, na qual o espaço é representado por uma rede discreta de pontos, reduzindo, assim a complexidade das equações virtualmente insolúveis em um conjunto de integrais.
Assim os cientista puderam incorporar toda a física necessária e controlar as taxas de erros e aproximações nos cálculos de massa de hádrons (prótons, nêutrons e píons). Pela primeira vez, puderam incluir nos cálculos as interações quark-antiquark, uma das maiores complexidades da força nuclear forte.
Afim de solucionar esse problema, pesquisadores criaram a técnica batizada por Rede QCD, na qual o espaço é representado por uma rede discreta de pontos, reduzindo, assim a complexidade das equações virtualmente insolúveis em um conjunto de integrais.
Assim os cientista puderam incorporar toda a física necessária e controlar as taxas de erros e aproximações nos cálculos de massa de hádrons (prótons, nêutrons e píons). Pela primeira vez, puderam incluir nos cálculos as interações quark-antiquark, uma das maiores complexidades da força nuclear forte.
Simulação Quântica
Esteban Martinez e uma equipe de físicos da Universidade de Innsbruck, Áustria, obtiveram, com sucesso, dados de uma simulação de partículas quânticas utilizando um processador quântico básico de 4 qubits, formado por 4 íons de cálcio aprisionados eletromagneticamente e controlados por pulso de laser.
Nessa simulação, cada par de íons representa um par de uma partícula e uma antipartícula, já o laser simula o campo eletromagnético do vácuo. Isso tornou possível observar como os pares de partículas e antipartículas são criadas por flutuações quânticas de energia no vácuo quântico.
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| Presença de partículas e antipartículas são denunciadas por meio de variações no feixe de laser. |
Observando a fluorescência do íon, a equipe observa se foram criadas espontaneamente pares de elétron-pósitron. Ao alterarem os parâmetros do simulador, a equipe pode observar e estudar o processo dinâmico da criação do par.
As simulações quânticas também podem simular eventos de experimentos feitos com aceleradores de partículas, como os experimentos realizado no LHC, o que tornaria mais fácil a compreensão desses eventos. Um exemplo seria investigar o entrelaçamento de partículas produzidas durante a criação do par (no acelerador de partículas isso não e possível).
Referencias
Simulador quântico vira realidade e vê matéria surgir do vácuo
Luz é gerada é partir do nada
Matéria e antimatéria podem ser criadas do nada
Confirmado: a matéria é resultado de flutuações do vácuo quântico