Quase 60 anos atrás, o físico Nikolaas Bloombergen, vencedor do Prêmio Nobel, previu um novo fenômeno chamado ressonância elétrica nuclear. Mas ninguém foi capaz de demonstrar isso em ação – até agora.
Evidência real de ressonância elétrica nuclear foi descoberta acidentalmente em um laboratório da Universidade de New South Wales (UNSW), na Austrália, graças a um equipamento defeituoso. A descoberta dá aos cientistas um novo nível de controle sobre os núcleos e pode acelerar drasticamente o desenvolvimento de computadores quânticos.
Central para este fenômeno é a ideia de controlar a rotação de átomos individuais usando campos elétricos em vez de campos magnéticos. Isso significa um controle mais preciso dos núcleos, o que pode afetar vários campos da ciência.
“Essa descoberta significa que agora temos a capacidade de construir computadores quânticos usando spins monoatômicos, sem a necessidade de nenhum campo magnético vibracional para funcionar”, diz a física quântica Andrea Morello, da UNSW.
“Além disso, podemos usar esses núcleos como sensores primorosamente precisos para campos elétricos e magnéticos ou para responder a questões fundamentais da ciência quântica.”
Em algumas situações, a ressonância elétrica nuclear pode substituir a ressonância magnética nuclear, que é amplamente usada hoje para vários fins: para digitalizar corpos humanos, elementos químicos, formações rochosas e muito mais.
O problema com um campo magnético é que ele requer altas correntes, grandes bobinas e espaço considerável.
Se você deseja monitorar núcleos atômicos individuais – talvez para computação quântica ou sensores muito pequenos – então a ressonância magnética nuclear não é uma ferramenta muito boa para trabalhar.
“Executar a ressonância magnética é como tentar mover uma bola específica para uma mesa de bilhar levantando e sacudindo toda a mesa”, diz Morello. “Vamos mover a bola alvo, mas também moveremos todas as outras.”
“Fazer uma pausa na ressonância elétrica é como dar uma vara de bilhar de verdade para acertar a bola exatamente onde você deseja.”
Foi durante o experimento de ressonância magnética nuclear que os pesquisadores da UNSW resolveram o problema colocado pela Bloombergen em 1961, e tudo estava relacionado a uma antena quebrada. Depois de alguns resultados inesperados, os pesquisadores perceberam que seu equipamento estava com defeito – e demonstraram ressonância elétrica nuclear.
Com simulações de computador subsequentes, a equipe conseguiu mostrar que os campos elétricos podem afetar o núcleo em um nível fundamental, distorcendo as ligações atômicas ao redor do núcleo e fazendo com que ele se reoriente.
Agora que os cientistas sabem como a ressonância elétrica nuclear pode funcionar, eles podem explorar novas maneiras de usá-la. Além disso, podemos adicionar isso a uma lista crescente de descobertas científicas significativas que foram feitas por acidente.
“Este resultado notável abrirá um tesouro de descobertas”, diz Morello. “O sistema que criamos é sofisticado o suficiente para estudar como o mundo clássico que vivemos todos os dias emerge do reino quântico.”
'Além disso, podemos usar sua complexidade quântica para criar sensores para campos eletromagnéticos com sensibilidade significativamente melhorada. E tudo isso em um simples dispositivo eletrônico feito de silício com uma pequena voltagem aplicada a um eletrodo de metal. '
O estudo foi publicado na revista Nature.
Fontes: Foto: UNSW / Tony Melov
