Pesquisadores da Universidade de Duke realizaram uma descoberta notável relacionada a um fenômeno quântico conhecido como interseção cônica, que influencia a interação entre moléculas e fótons que absorvem luz. Imagine duas montanhas tocando seus picos – esse ponto de interseção dita o comportamento dos elétrons enquanto transitam entre diferentes estados de energia. Quando uma molécula absorve energia luminosa, seus elétrons ficam em estado excitado. No entanto, esse estado é instável, e a molécula tenta retornar ao seu estado original e estável.
Nesse processo, a molécula libera a energia absorvida ou faz a transição para outro estado com sucesso. Devido à rápida movimentação de átomos e elétrons nessas situações, ocorrem fenômenos quânticos nos quais a molécula existe simultaneamente em vários estados.
No entanto, um fenômeno matemático singular conhecido como fase geométrica impõe limitações às transições específicas, semelhante a tentar cobrir uma montanha com um cobertor que não consegue envolvê-la completamente.
Historicamente, observar essa fase tem sido um desafio, pois ela ocorre em uma escala temporal extremamente curta, na ordem dos femtossegundos, e opera em escala atômica. Além disso, a menor interferência pode prejudicar sua observação. Embora tenham sido feitas observações de aspectos individuais da interseção cônica ao longo do tempo, a fase geométrica sempre permaneceu elusiva.
Para investigar esse fenômeno, os cientistas empregaram um computador quântico composto por cinco íons, uma criação da equipe liderada por Jungsang Kim da Universidade de Duke. Este avançado sistema faz uso de lasers para controlar átomos carregados em um ambiente de vácuo.
Ao manipular habilmente esses íons e seus estados quânticos, os pesquisadores conseguiram reproduzir de maneira precisa o comportamento quântico dos átomos nas proximidades de uma interseção cônica. A notável característica desse experimento é que a dinâmica dos íons confinados ocorre em uma escala de tempo significativamente mais lenta em comparação com as moléculas, possibilitando à equipe a medição direta da fase geométrica.
O resultado desse experimento se assemelha a uma representação bidimensional, reminiscente de uma lua crescente. Essa representação visualmente esclarece o fato de que certas configurações moleculares não conseguem transitar de um lado para o outro da interseção cônica, mesmo na ausência de barreiras energéticas. Essa pesquisa demonstra vividamente o potencial dos computadores quânticos contemporâneos na modelagem e desvendamento da intricada mecânica de sistemas quânticos complexos.
Adicionalmente, uma experiência paralela conduzida na Universidade de Sydney, na Austrália, realizou observações independentes dos efeitos da fase geométrica, corroborando assim as descobertas da equipe da Universidade de Duke.
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