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Sábado, Agosto 13, 2022

Físicos exploram reflexão espacial e simetrias de reversão de tempo para controlar materiais quânticos

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Conceito abstrato de simetria de tempo

Físicos de Exeter e Trondheim desenvolveram uma teoria que descreve como a reflexão no espaço e as simetrias de reversão no tempo podem ser exploradas, permitindo um maior controle do transporte e das correlações dentro dos materiais quânticos.

Dois físicos teóricos, da Universidade de Exeter (Reino Unido) e da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (em Trondheim, Noruega), construíram uma teoria quântica que descreve uma cadeia de ressonadores quânticos que satisfazem a reflexão espacial e simetrias de reversão no tempo. Eles mostraram como as diferentes fases quânticas de tais cadeias estão associadas a fenômenos notáveis, que podem ser úteis no projeto de dispositivos quânticos futuros que dependem de correlações fortes.

Uma distinção comum em física é entre sistemas abertos e fechados. Os sistemas fechados são isolados de qualquer ambiente externo, de forma que a energia é conservada porque não há para onde escapar. Os sistemas abertos estão conectados ao mundo exterior e, por meio de trocas com o meio ambiente, estão sujeitos a ganhos e perdas de energia. Existe um terceiro caso importante. Quando a energia que flui para dentro e para fora do sistema está perfeitamente equilibrada, surge uma situação intermediária entre estar aberto e fechado. Esse equilíbrio pode ocorrer quando o sistema obedece a uma simetria combinada de espaço e tempo, ou seja, quando (1) alternar para a esquerda e para a direita e (2) girar a flecha do tempo deixam o sistema essencialmente inalterado.

Cadeia de transporte quântico de ressonadores

Transporte quântico em uma cadeia de ressonadores obedecendo à reflexão no espaço e simetrias de reversão no tempo. Crédito: Vasil Saroka

Em sua última pesquisa, Downing e Saroka discutem as fases de uma cadeia quântica de ressonadores que satisfazem a reflexão no espaço e as simetrias de reversão no tempo. Existem principalmente duas fases de interesse, uma fase trivial (acompanhada pela física intuitiva) e uma fase não trivial (marcada com física surpreendente). A fronteira entre essas duas fases é marcada por um ponto excepcional. Os pesquisadores descobriram as localizações desses pontos excepcionais para uma cadeia com um número arbitrário de ressonadores, fornecendo uma visão sobre a ampliação de sistemas quânticos obedecendo a essas simetrias. É importante ressaltar que a fase não trivial permite efeitos de transporte não convencionais e fortes correlações quânticas, que podem ser usadas para controlar o comportamento e a propagação da luz em escalas de comprimento nanoscópicas.

Este estudo teórico pode ser útil para a geração, manipulação e controle da luz em materiais quânticos de baixa dimensão, com o objetivo de construir dispositivos baseados em luz explorando fótons, as partículas de luz, como cavalos de trabalho em tamanhos em torno de um bilionésimo de uma metro.

Charles Downing, da Universidade de Exeter, comentou: “Nosso trabalho sobre simetria de tempo de paridade em sistemas quânticos abertos enfatiza ainda mais como a simetria sustenta nossa compreensão do mundo físico e como podemos nos beneficiar dela”.

Vasil Saroka, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, acrescentou: “Esperamos que nosso trabalho teórico sobre simetria de tempo de paridade possa inspirar mais pesquisas experimentais nesta área emocionante da física.”

“Pontos excepcionais em cadeias de oligômeros” é publicado em Física das Comunicações, um jornal de acesso aberto do Nature Portfolio

Referência: “Pontos excepcionais em cadeias de oligômeros” por Charles Andrew Downing e Vasil Arkadievich Saroka, 2 de dezembro de 2021, Física das Comunicações.
DOI: 10.1038 / s42005-021-00757-3





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