Efeitos quânticos do Universo primordial reproduzidos em laboratório

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

Esse mecanismo, chamado amplificação paramétrica, pode ser comparado a um fenômeno simples. É como uma gangorra que recebe impulsos regulares no momento certo. O movimento se amplifica gradualmente. Aqui, são as flutuações do vácuo que são "empurradas" 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 da mecânica quântica.

O gás é mantido no lugar por feixes de laser. Variando regularmente a intensidade de um desses lasers, os pesquisadores induzem uma vibração controlada no sistema. Essa oscilação age como os impulsos em uma gangorra e amplifica certas flutuações.

Como resultado, surgem excitações no gás. Essas excitações são chamadas de fônons, que podem ser vistas como pequenas "ondas" de energia se propagando pelo meio e são consideradas "quase-partículas". Mas uma dificuldade persiste: algumas dessas excitações também podem se originar da temperatura residual do gás, por mais baixa que seja.

Distribuição de velocidade observada: o pico central corresponde ao condensado, enquanto os dois picos laterais representam as excitações criadas, propagando-se em direções opostas. Um diagrama também ilustra seu emaranhamento quântico. Crédito: V. Gondret et al., 2025 American Physical Society

Para garantir que elas realmente venham do vácuo quântico, os pesquisadores buscaram uma assinatura específica. Eles mostraram que esses fônons aparecem em pares fortemente ligados, em um fenômeno de emaranhamento quântico. Isso significa que suas propriedades são fortemente correlacionadas, de uma maneira que não pode ser explicada pela física clássica.

Essa observação é importante porque confirma que as flutuações do vácuo de fato serviram como ponto de partida. Até então, esse emaranhamento havia sido previsto pela teoria , mas nunca observado diretamente nesse tipo de sistema.

Além dessa demonstração, o experimento abre novas perspectivas. Ao aumentar o número dessas excitações, os pesquisadores poderão estudar como elas interagem entre si. Esse comportamento coletivo ainda é difícil de descrever com as ferramentas teóricas atuais.

Esta pesquisa também interessa aos cosmólogos. De fato, mecanismos semelhantes podem ter ocorrido logo após o Big Bang, quando o Universo estava em rápida expansão e partículas emergiram das flutuações iniciais.

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

Essa descoberta foi descrita na revista Physical Review Letters .

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