Numa descoberta que soa como uma piada de física sem punchline, pesquisadores demonstraram pela primeira vez que flutuações quânticas no vácuo podem fortalecer a supercondutividade, abrindo um novo caminho para controlar estados incomuns da matéria. Sim, o vazio agora está puxando o seu peso.

O estudo, publicado na Nature, foi liderado pelos Profs. Changgan Zeng e Guanghui Cheng da Universidade de Ciência e Tecnologia da China da Academia Chinesa de Ciências. A colaboração também incluiu o Prof. Qingdong Jiang da Universidade Jiao Tong de Xangai, o Prof. Frank Wilczek do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e outros pesquisadores. São muitos nomes ilustres para provar que nada faz algo.

Em linguagem cotidiana, um vácuo pode soar como espaço completamente vazio. A física quântica pinta um quadro muito diferente. De acordo com a eletrodinâmica quântica e o princípio da incerteza de Heisenberg, mesmo o estado de menor energia nunca está perfeitamente parado. Partículas virtuais aparecem e desaparecem continuamente, produzindo um fundo sempre presente de flutuações quânticas. Então, da próxima vez que alguém te chamar de presença vacante, agradeça pelo elogio.

Essas flutuações não são meramente teóricas. Seus efeitos foram observados através de fenômenos bem estabelecidos, como o deslocamento de Lamb, a emissão espontânea e o efeito Casimir. Então sim, o universo vem se exibindo discretamente por décadas.

Por vários anos, as equipes lideradas por Zeng e Cheng investigaram como essas flutuações do vácuo afetam sistemas de matéria condensada. Num estudo anterior, os pesquisadores mostraram que podiam manipular diretamente as flutuações do vácuo usando um campo magnético para alternar reversivelmente a força de Casimir entre atração e repulsão. Esse resultado levantou uma questão maior: as flutuações quânticas do vácuo também poderiam ser usadas para controlar estados quânticos macroscópicos?

O grupo de Jiang abordou o mesmo problema de uma perspectiva teórica, estudando como ambientes quânticos de vácuo projetados poderiam influenciar diferentes estados da matéria. Os pesquisadores introduziram o conceito de "vacuônica", no qual ambientes de vácuo especialmente projetados são usados para controlar o comportamento eletrônico e fotônico. Esse trabalho teórico ajudou a fornecer uma estrutura para entender o aumento da supercondutividade observado nos novos experimentos.

"Flutuações do vácuo no espaço livre são geralmente fracas demais para produzir efeitos observáveis em sistemas macroscópicos de matéria condensada", disse o Prof. Zeng. "Para superar essa limitação, introduzimos um ressonador de anel dividido de terahertz. Tal cavidade escura pode remodelar o ambiente eletromagnético e amplificar substancialmente as flutuações do vácuo."

Para testar a ideia experimentalmente, os pesquisadores colocaram o supercondutor NbSe2 dentro de uma cavidade escura de terahertz. Isso criou um sistema acoplado no qual o material supercondutor interagiu com o ambiente eletromagnético especialmente projetado dentro da cavidade. A equipe então comparou o comportamento supercondutor do material dentro e fora da cavidade. Os resultados mostraram que colocar NbSe2 na cavidade aumentou significativamente sua temperatura crítica de supercondutividade, a temperatura abaixo da qual o material entra em seu estado supercondutor.

"Observamos que a temperatura crítica pode aumentar em até 5,4% num dispositivo de NbSe2 de seis camadas, enquanto a corrente crítica e o campo magnético crítico são significativamente aumentados perto da transição supercondutora", disse o Prof. Cheng. "Esta representa a primeira observação experimental de supercondutividade aprimorada por flutuações do vácuo." Isso mesmo: um aumento de 5,4% vindo do que é essencialmente o ruído de fundo do universo.

Os pesquisadores conduziram uma série de experimentos de controle para determinar se o efeito poderia ser explicado por mudanças mais convencionais no material. Eles variaram várias propriedades da configuração, incluindo a geometria da cavidade, frequência característica, espessuras dos materiais, materiais dielétricos e tiras metálicas. Os resultados a