💥 Efeitos quânticos do Universo primordial reproduzidos em laboratório

Na física quântica, o vácuo não é completamente vazio. Ele é atravessado permanentemente por minúsculas flutuações, como vibrações muito fracas. Esses movimentos geralmente permanecem invisíveis. Mas, em certas condições, podem ser amplificados e dar origem... a partículas.

Este mecanismo, chamado de amplificação paramétrica, pode ser comparado a um fenômeno simples. É como um balanço ao qual se dão impulsos regulares no momento certo. O movimento se amplifica progressivamente. Aqui, são as flutuações do vácuo que são "impulsionadas" até se tornarem observáveis.


Para testar essa ideia, os cientistas usaram um gás de átomos de hélio resfriado a uma temperatura extremamente baixa, próxima do zero absoluto. Nesse nível de frio, a matéria adota um comportamento muito particular, regido pelas leis quânticas.

O gás é mantido no lugar por feixes de laser. Ao variar a intensidade de um desses lasers de maneira regular, os pesquisadores provocam uma vibração controlada do sistema. Essa oscilação atua como os impulsos no balanço e amplifica certas flutuações.

Resultado: excitações aparecem no gás. Chamam-nas de fónons, que podem ser vistos como pequenas "ondas" de energia se propagando no meio, e são assimilados a "quasipartículas". Mas uma dificuldade permanece: algumas dessas excitações também podem vir da temperatura residual do gás, mesmo que muito baixa.

Para se assegurar de que elas provêm realmente do vácuo quântico, os pesquisadores buscaram uma assinatura específica. Eles mostraram que esses fónons aparecem em pares estreitamente ligados, num fenômeno de emaranhamento quântico. Isso significa que suas propriedades são fortemente correlacionadas, de uma maneira impossível de explicar com a física clássica.

Esta observação é importante, pois confirma que as flutuações do vácuo serviram efetivamente de ponto de partida. Até agora, este emaranhamento tinha sido previsto pela teoria, mas nunca observado diretamente neste tipo de sistema.

Para além desta demonstração, a experiência abre novas perspectivas. Ao aumentar o número dessas excitações, os pesquisadores poderão estudar como elas interagem entre si. Este comportamento coletivo ainda é difícil de descrever com as ferramentas teóricas atuais.

Estes trabalhos interessam também aos cosmólogos. Com efeito, mecanismos similares poderão ter ocorrido logo após o Big Bang, quando o Universo estava em plena expansão e partículas apareceram a partir de flutuações iniciais.

Este tipo de experiência atua portanto como um modelo em miniatura do cosmos. Ao recriar essas condições em laboratório, os cientistas dispõem de uma ferramenta preciosa para compreender melhor fenômenos que ocorreram na origem do nosso Universo.

Este avanço está descrito na revista Physical Review Letters.