Fizicienii au reușit să miște un obiect vizibil folosind o forță cuantică. De ce este important experimentul din Japonia?

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

O echipă de fizicieni din Japonia a reușit să deplaseze un dispozitiv cu dimensiuni de ordinul centimetrilor folosind forța generată de o proprietate cuantică a electronilor. Mișcarea a fost extrem de mică, de ordinul nanometrilor, însă obiectul avea o masă mult mai mare decât sistemele utilizate de obicei în asemenea experimente.

Rezultatele, publicate la 7 octombrie 2026 în revista Science Advances, oferă o nouă metodă pentru investigarea graniței dintre fizica cuantică și comportamentul obiectelor din lumea obișnuită.

Cum au reușit fizicienii să deplaseze obiectul?

Experimentul a fost realizat la Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), sub coordonarea fizicianului Jason Twamley.

Cercetătorii au construit un dispozitiv levitant cu masa de aproximativ 128 de miligrame. Acesta combina o placă de grafit suspendată magnetic, o tijă subțire din fibră de carbon și o probă de diamant aflată deasupra unui magnet.

Diamantul conținea miliarde de defecte microscopice ale structurii cristaline, cunoscute drept centre azot-vacanță.

În aceste regiuni, un atom de azot înlocuiește un atom de carbon din cristal, iar o poziție vecină rămâne liberă. Configurația permite existența unor electroni ale căror stări cuantice pot fi controlate.

Prin iluminarea diamantului cu impulsuri de laser verde, echipa a modificat starea acestor electroni, generând o forță magnetică extrem de mică.

Aceasta a pus în mișcare întregul dispozitiv suspendat.

Pentru măsurarea deplasării, cercetătorii au folosit un interferometru, instrument care detectează variații foarte mici ale poziției prin analiza luminii reflectate de o oglindă.

Mișcarea observată în aer a fost de aproximativ 100 de nanometri.

Un nanometru reprezintă a miliarda parte dintr-un metru. Deplasarea nu putea fi urmărită cu ochiul liber, dar a fost măsurată cu instrumente de mare precizie.

Ce este spinul electronilor?

Spinul este o proprietate cuantică fundamentală a particulelor.

Deși termenul poate sugera rotirea unui obiect în jurul propriei axe, electronul nu trebuie imaginat ca o bilă minusculă care se învârte.

Spinul este o caracteristică intrinsecă, asociată inclusiv cu comportamentul magnetic al electronului.

În anumite materiale, orientarea spinurilor electronilor poate fi controlată prin aplicarea unor câmpuri magnetice sau prin iluminare.

În experimentul din Japonia, fizicienii au utilizat această posibilitate pentru a transforma modificările spinurilor electronice într-o forță capabilă să producă o mișcare mecanică măsurabilă.

Noutatea nu constă în faptul că fenomenele cuantice pot influența obiecte mari — numeroase tehnologii moderne funcționează datorită mecanicii cuantice —, ci în demonstrarea directă a mișcării unui dispozitiv levitant de asemenea dimensiuni prin forța colectivă a spinurilor electronice.

De ce este atât de dificil să studiem efectele cuantice la scară mare?

Fizica cuantică descrie comportamentul atomilor, electronilor și al altor sisteme microscopice. În aceste sisteme pot apărea fenomene precum superpoziția, în care o stare cuantică nu poate fi descrisă printr-o singură posibilitate clasică înainte de măsurare.

În cazul obiectelor mari, interacțiunile cu mediul înconjurător fac asemenea stări mult mai dificil de păstrat și observat.

Căldura, vibrațiile și contactul cu moleculele din aer pot perturba rapid sistemele cuantice.

De aceea, numeroase experimente încearcă să izoleze particule sau obiecte microscopice în vid, la temperaturi foarte scăzute.

Echipa OIST explorează o abordare diferită: pornește de la dispozitive levitante mai mari și încearcă să controleze efectele cuantice care le influențează mișcarea.

Ce legătură are experimentul cu pisica lui Schrödinger?

În 1935, fizicianul Erwin Schrödinger a imaginat celebrul experiment mental în care o pisică ar putea fi descrisă, în anumite condiții, printr-o superpoziție de stări.

Scopul era să evidențieze dificultatea aplicării regulilor mecanicii cuantice obiectelor macroscopice.

Experimentul japonez nu demonstrează că diamantul sau întregul dispozitiv au existat simultan în două poziții.

Cercetătorii au observat o mișcare mecanică obișnuită, provocată de o forță cu origine cuantică.

Diferența este esențială: pentru demonstrarea unei superpoziții macroscopice ar fi necesară pregătirea și menținerea unei stări cuantice a întregului sistem, nu doar deplasarea lui printr-o forță magnetică.

Totuși, rezultatul reprezintă un pas tehnologic în direcția unor experimente mai complexe.

Poate ajuta această descoperire la înțelegerea gravitației?

Una dintre marile probleme ale fizicii contemporane este relația dintre mecanica cuantică și relativitatea generală.

Prima descrie cu mare precizie fenomenele microscopice, iar cea de-a doua explică gravitația prin geometria spațiului și timpului.

Pentru a testa experimental dacă gravitația are proprietăți cuantice, fizicienii caută metode de a pregăti obiecte suficient de masive în stări cuantice controlate.

Dispozitivele levitante ar putea avea un rol important, deoarece reduc contactul mecanic cu mediul înconjurător.

Echipa OIST consideră că tehnologia dezvoltată ar putea contribui și la realizarea unor senzori extrem de sensibili, utili pentru detectarea unor forțe foarte slabe.

Aceste aplicații sunt însă obiective pentru cercetările viitoare, nu rezultate deja demonstrate.

Experimentul arată că spinurile electronilor pot produce o mișcare măsurabilă a unui obiect cu dimensiuni macroscopice. Următoarea provocare este controlul acestei mișcări în condiții care să permită observarea unor efecte cuantice mai complexe.

Surse:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeh0566

https://www.oist.jp/news-center/news/2026/10/8/first-observation-quantum-spins-shifting-centimeter-scale-object-lab

https://www.eurekalert.org/news-releases/1146299

Vă mai recomandăm să citiți și:

Computerele cuantice sunt la un pas să își corecteze propriile greșeli, spun cercetătorii

Manuscrisul pierdut al lui Schrödinger: descoperirea care schimbă înțelegerea fizicii cuantice

Premieră în fizică: Oamenii de știință au observat „săriturile cuantice” ale sunetului

Pentru prima dată, cercetătorii au teleportat o imagine prin 100 de canale cuantice simultan