No mesmo dia, grupo do CBPF emplaca um Nat Comm e um PRL

O Grupo de Informação Quântica do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ), tem razões para comemorar: no mesmo dia, recebeu a notícia da aprovação de artigos para dois periódicos de prestígio: Nature Communications e Physical Review Letters. Os experimentos desses trabalhos foram feitos no Laboratório de Ressonância Magnética Nuclear, do CBPF.

Em termos simples, o artigo da Nature Communications trata de um fenômeno corriqueiro do cotidiano. Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato (dito, térmico), o mais quente esfria, e o mais frio esquenta. Por trás desse fenômeno quase banal, está algo com consequências (científicas e filosóficas) profundas: a determinação da chamada ‘seta do tempo da termodinâmica’, termo cunhado, em 1928, pelo astrônomo britânico Arthur Eddington (1882-1944). Ou seja, indica em que direção o tempo ‘se move’.

O experimento feito no CBPF demonstra algo contraintuitivo: o fenômeno pode ocorrer na direção contrária: a parte mais quente esquenta, e a mais fria esfria. Isso só foi possível porque, no experimento, os sistemas que desempenhavam o papel de ‘corpo quente’ e ‘corpo frio’ foram postos previamente em um estado chamado emaranhado.

O emaranhamento quântico já foi classificado como ‘o’ fenômeno mais esquisito da natureza: quando duas entidades quânticas (átomos, núcleos, elétrons, fótons etc.) estão emaranhadas, elas mantêm entre si uma correlação (quântica) ‘estranha’: o que acontece com uma afeta (instantaneamente!) a outro, mesmo que elas estejam separadas por distâncias incríveis.

O resultado final do experimento pode ser resumido assim: para que a parte mais fria perdesse calor e a mais quente o ganhasse ‒ contrariando a seta do tempo ‒, a correlação entre elas diminuiu. Em outras palavras, esse processo ‘consumiu’ correlação.

O artigo é assinado por Ivan dos Santos Oliveira, Roberto Sarthour, Alexandre Martins de Souza, pesquisadores do CBPF, e pelo então aluno de doutorado (hoje, doutor) John Peterson, que faz agora seu pós-doutorado no Canadá. Há também autores da Universidade Federal do ABC (SP), Universidade de São Paulo, bem como da Alemanha, do Reino Unido e de Singapura.

Visão geral do Laboratório de RMN do CBPF

(Crédito: GIQ/CBPF)

Temperatura ‘negativa’

No artigo que será publicado no PRL, o grupo simulou a operação de uma máquina térmica, como é o caso de uma máquina a vapor ou um motor de automóvel. No mundo quântico, isso foi representado por populações de núcleos atômicos que faziam o papel de reservatórios de calor: um em temperatura positiva, outro em temperatura ‘negativa’. Para se obter essa diferença (positivo e negativo), é preciso que haja mais núcleos com energia maior do que com energia menor – estes últimos representando o reservatório de temperatura ‘negativa’.

O grupo do CBPF mostrou que a eficiência de uma máquina térmica assim – ou seja, quântica – pode ser maior do que no caso em que os dois reservatórios têm temperaturas positivas.

Além de Oliveira, Sarthour e Souza, assinam o artigo pesquisadores da Universidade Federal de Goiás e da Universidade Federal de São Carlos (SP).

O anúncio de aceitação dos dois artigos foi recebido no último dia 18 de abril.

O Grupo de Informação Quântica do CBPF ‒ ligado à Coordenação de Matéria Condensada, Física Aplicada e Nanociência (Coman) ‒ mantém colaborações com grupos no Brasil e exterior.

Mais informações:

Coman: http://portal.cbpf.br/pt-br/mat-con-fis-e-nan

Grupo: https://portal.cbpf.br/pt-br/grupos-de-pesquisa/coman/informacao-quantica

Prata da casa: https://portal.cbpf.br/pt-br/ultimas-noticias/doutorando-do-cbpf-chega-a-defesa-de-tese-com-excelente-producao