Cientistas criaram energia do nada?

Existem algumas esquisitices na mecânica quântica. Uma delas é o estado de vácuo (vácuo quântico ou simplesmente vácuo), situação em que um sistema quântico está no seu estado de energia mais baixo possível.

Mesmo não abrigando nenhuma partícula, o vácuo quântico não está vazio – ele contém ondas eletromagnéticas flutuantes, e as assim chamadas partículas virtuais, que ficam saltando entre a existência e a não existência.

Além disso, o estado do vácuo tem uma energia de ponto zero, o menor nível de energia que um sistema mecânico quântico pode ter, que se manifesta como o efeito Casimir estático, uma força de atração entre paredes opostas em uma cavidade eletromagnética.

Agora, pesquisadores da Universidade Aalto na Finlândia e do Centro de Pesquisa Técnico VTT, também na Finlândia, demonstraram que existe um “efeito Casimir dinâmico”, usando um metamaterial dentro de uma cavidade de micro-ondas. Eles mostraram que, em certas condições, fótons reais são criados em pares, concluindo que tal criação é consistente com as predições da teoria de campo quântico.

Efeito Casimir dinâmico

Quando dois espelhos estão próximos e a distância entre eles é menor que o comprimento de onda das partículas virtuais, elas são excluídas do espaço entre os espelhos, e isto faz com que a pressão do vácuo externa aos espelhos seja maior que a interna. É o efeito Casimir estático.

Se movermos os espelhos, o mar de partículas virtuais se adapta a esse movimento e continua a aparecer e desaparecer (ao se aniquilarem). Mas se a velocidade dos espelhos começar a se aproximar da velocidade dos fótons, alguns fótons são separados de seus parceiros, e não são aniquilados. Por conta disso, os fótons virtuais se tornam reais, e o espelho começa a produzir luz – em teoria.

Na prática, é muito difícil acelerar um espelho até velocidades próximas da luz. Para conseguir isso, os cientistas usaram truques, como uma linha de transmissão conectada a um “dispositivo supercondutor de interferência quântica” ou SQUID. Ao alterar as características do SQUID, eles alteraram o comprimento elétrico efetivo da linha e esta mudança é equivalente a movimentar um espelho eletromagnético.

Fótons reais

Ao operar o mecanismo, os pesquisadores conseguiram demonstrar que os fótons podem ser gerados aos pares, e que a energia gerada está de acordo com a previsão teórica.

Obter os fótons não foi fácil, no entanto. O sistema era bastante sujeito a ruído que mascara os fótons produzidos, e também a ressonâncias que impedem o uso de certas frequências.

O Dr. Pasi Lähteenmäki e sua equipe pretendem utilizar o novo equipamento, com algumas alterações, para simular o horizonte de eventos de um buraco negro. Isso o permitirá estudar a radiação Hawking em laboratório.

Ainda existem outras aplicações potenciais para a descoberta, como o desenvolvimento de computadores quânticos mais poderosos, o estudo do Big Bang, da energia escura e da matéria escura.
Será que a comprovação de que o universo veio do nada está a caminho? [Phys.org, Nanowerk, Photonics]