Tecnologia Científica

Projetos quânticos lançados para resolver os mistérios do universo
Os pesquisadores usarão tecnologias quânticas de ponta para transformar nossa compreensão do universo e responder a perguntas-chave, como a natureza da matéria escura e dos buracos negros.
Por Sarah Collins - 13/01/2021


Nova simulação lança luz sobre buracos negros supermassivos em espiral - Crédito: NASA Goddard Space Flight Center

O UK Research and Innovation (UKRI) está apoiando sete projetos com um investimento de £ 31 milhões para demonstrar como as tecnologias quânticas podem resolver alguns dos maiores mistérios da física fundamental. Pesquisadores da Universidade de Cambridge receberam financiamento em quatro dos sete projetos.

Assim como a computação quântica promete revolucionar a computação tradicional, tecnologias como os sensores quânticos têm o potencial de mudar radicalmente nossa abordagem para entender nosso universo.

Os projetos são apoiados por meio do programa Quantum Technologies for Fundamental Physics, oferecido pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) e pelo Conselho de Pesquisa em Ciências Físicas e de Engenharia (EPSRC) como parte do Fundo de Prioridades Estratégicas do UKRI. O programa faz parte do Programa Nacional de Tecnologias Quantum.

AION: Um Observatório e Rede de Interferômetros Atom do Reino Unido recebeu £ 7,2 milhões em financiamento e será liderado pelo Imperial College London. O projeto desenvolverá e usará tecnologia baseada na interferência quântica entre átomos para detectar matéria escura ultraleve e fontes de ondas gravitacionais, como colisões entre buracos negros massivos distantes no universo e processos violentos no início do universo. A equipe projetará um interferômetro de átomo de 10m, preparando a construção do instrumento em Oxford e abrindo o caminho para experimentos futuros em larga escala no Reino Unido. Os membros do consórcio AION também contribuirão para o MAGIS, um experimento parceiro nos Estados Unidos.

“Esta nova janela permitirá que os físicos explorem a natureza da realidade física no nível mais fundamental, e é extremamente empolgante que o Reino Unido esteja desempenhando um importante papel internacional nesta nova geração da ciência.”


A equipe de Cambridge no AION é liderada pelo Professor Valerie Gibson e Dr. Ulrich Schneider do Laboratório Cavendish, ao lado de pesquisadores do Instituto Kavli de Cosmologia, do Instituto de Astronomia e do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica. O Dr. Tiffany Harte irá co-liderar o desenvolvimento do transporte de átomos frios e sequências de resfriamento final para AION, e o Dr. Jeremy Mitchell irá co-liderar a leitura de dados e capacidades de rede para AION e MAGIS, e realizar a análise de dados e interpretação teórica.

“Este anúncio do STFC para financiar o projeto AION, que juntamente com algum financiamento inicial da Fundação Kavli, nos permitirá direcionar questões abertas em física fundamental e trazer novas pesquisas interdisciplinares para a Universidade em um futuro previsível”, disse Gibson.

“Todo efeito físico, conhecido ou desconhecido, deixa sua impressão digital na evolução de fase de um sistema quântico coerente, como átomos frios; requer apenas detectores suficientemente sensíveis ”, disse Schneider. “Estamos entusiasmados em contribuir com nossa tecnologia de átomo frio para este esforço interdisciplinar e desenvolver interferometria atômica em um detector poderoso para a física fundamental.”

O projeto Sensores Quânticos para o Setor Oculto (QSHS), liderado pela Universidade de Sheffield, recebeu £ 4,8 milhões em financiamento. O projeto visa contribuir para a busca de áxions, partículas 'ocultas' de baixa massa que são candidatas a resolver o mistério da matéria escura. Eles desenvolverão uma nova tecnologia de medição quântica para inclusão no experimento ADMX dos EUA, que pode então ser usada para pesquisar axions em partes do halo de matéria escura de nossa galáxia que nunca foram exploradas antes.

“A equipe irá desenvolver uma nova tecnologia eletrônica com um alto nível de sofisticação e implantá-la para procurar as partículas de menor massa detectadas até o momento”, disse o professor Stafford Withington do Laboratório Cavendish, co-investigador e cientista de projeto sênior no QSHS. “A previsão é que essas partículas existam teoricamente, mas ainda não foram descobertas experimentalmente. Nossa capacidade de sondar a natureza particulada do mundo físico com sensibilidades que ultrapassam os limites impostos pela incerteza quântica abrirá uma nova fronteira na física.

“Esta nova janela permitirá que os físicos explorem a natureza da realidade física no nível mais fundamental, e é extremamente empolgante que o Reino Unido esteja desempenhando um importante papel internacional nesta nova geração da ciência.”

O professor Withington também está envolvido na determinação da massa absoluta de neutrinos usando tecnologias quânticas, que será liderado pela UCL. O projeto visa aproveitar os avanços recentes em tecnologias quânticas para resolver um dos desafios pendentes mais importantes na física de partículas - determinar a massa absoluta dos neutrinos. Uma das partículas de neutrinos mais abundantes do universo é um subproduto da fusão nuclear dentro das estrelas, sendo, portanto, a chave para a nossa compreensão dos processos dentro das estrelas e a composição do universo. Além disso, saber o valor da massa do neutrino é fundamental para nossa compreensão da origem da matéria e da evolução do universo. Eles são mal compreendidos, no entanto,

Os pesquisadores de Cambridge também estão envolvidos no projeto Simuladores Quânticos para Física Fundamental, liderado pela Universidade de Nottingham. O projeto visa desenvolver simuladores quânticos capazes de fornecer insights sobre a física do universo muito primitivo e dos buracos negros. Os objetivos incluem simular aspectos de buracos negros quânticos e testar teorias do vácuo quântico que sustentam as ideias sobre a origem do universo.

 

.
.

Leia mais a seguir