Cientistas da Universidade Aalto, na Finlândia, alcançaram um marco na metrologia ao medir uma quantidade de energia inferior a 1 zeptojoule. O valor exato obtido foi de 0,83 zeptojoule, equivalente a 830 ioctojoules. Esse resultado estabelece um novo limite inferior para medições calorimétricas e aproxima a investigação energética da escala temporal já atingida pelos relógios atômicos, que trabalham em zeptossegundos.
Como foi realizada a medição ultrassensível
O grupo liderado por András Gunyhó desenvolveu um calorímetro projetado para registrar trocas de energia mínimas entre sistemas ultrafrios. O dispositivo combina dois tipos de materiais:
• Metais supercondutores, por onde o pulso eletromagnético percorre sem resistência.
• Metais condutores convencionais, que impõem resistência ao fóton e geram um leve aquecimento.
A junção desses elementos torna a supercondutividade extremamente sensível a variações térmicas. Quando a temperatura no condutor se eleva, mesmo que ligeiramente, o estado supercondutor enfraquece de imediato. Esse comportamento oferece uma forma precisa de detectar pequenas liberações de calor.
Para o teste, os pesquisadores enviaram um pulso de micro-ondas em direção ao sensor. O calorímetro registrou a energia transferida pelo pulso e, após ajustes no ruído de fundo e na estabilidade térmica, o valor final foi fixado em 0,83 zeptojoule. Segundo a equipa, trata-se do nível mais baixo já verificado por instrumentos calorimétricos em todo o mundo.
Escala de unidades e relevância do recorde
O prefixo zepto corresponde a 10-21. Para ilustrar, um joule é a energia necessária para deslocar um objeto sob força de 1 newton por 1 metro. A fração obtida pelo grupo finlandês é um bilionésimo de um bilionésimo desse valor. Em termos comparativos, 1 zeptojoule bastaria para empurrar um glóbulo vermelho por 1 nanômetro.
Na hierarquia de submúltiplos, a sequência decline de mili a iocto: mili, micro, nano, pico, femto, atto, zepto, iocto. Até hoje, medições em energia não haviam ultrapassado a barreira do zepto com tal precisão. Assim, a conquista coloca a capacidade de quantificar energia no mesmo patamar ultrafino da medição de tempo, já que os relógios atômicos monitoram intervalos de zeptossegundos.
Impacto potencial em física quântica e fotônica
Estudar fenômenos quânticos requer monitorar eventos de baixíssima energia, como a interação de fótons individuais. Quanto menor a energia mínima detectável, maior a possibilidade de controlar partículas elementares e desenvolver novas aplicações tecnológicas. O calorímetro produzido em Aalto representa uma etapa decisiva nesse sentido.
A equipe pretende contar fótons um a um em experimentos futuros. Essa capacidade é vital para:
Imagem: Tecnologia e Inovação
• Processadores de informação quântica, que operam com qubits sensíveis a perturbações térmicas.
• Sistemas de comunicação segura por luz, onde a presença de cada fóton transporta dados.
• Investigações astrofísicas em que sinais luminosos frágeis chegam da imensidão espacial.
Além disso, o dispositivo permitirá sondar processos ainda não observados, ampliando a fronteira de estudos sobre matéria e radiação em escalas extremas.
Relação com a busca por matéria escura
Um dos alvos da pesquisa é a detecção de áxions, partículas hipotéticas que poderiam compor a matéria escura. Como a chegada desses eventos ao sensor não tem horário previsível, o calorímetro precisará operar em regime de escuta contínua. Segundo o professor Mikko Mottonen, colíder do projeto, o sistema está sendo ajustado para registrar sinais que ocorram em qualquer instante, independentemente da duração entre um evento e outro.
Integração com computadores quânticos
Os qubits, unidades fundamentais da computação quântica, funcionam em temperaturas de milikelvin. O novo calorímetro trabalha na mesma faixa térmica, o que elimina a necessidade de aquecer o sistema ou amplificar sinais eletrônicos durante a leitura. Essa compatibilidade térmica reduz o risco de ruído indesejado e favorece a integração do sensor a futuros processadores quânticos.
De acordo com Mottonen, incorporar o calorímetro nas arquiteturas de computação quântica poderá oferecer um método de leitura menos intrusivo, preservando a coerência dos qubits e melhorando a confiabilidade dos cálculos.
Próximos passos da investigação
O grupo finlandês dedica-se agora a otimizar a resposta temporal do sensor. O objetivo é permitir que o sistema reconheça qualquer pulso de energia, mesmo se o intervalo entre pulsos for imprevisível. A equipa também investiga formas de ampliar a área sensível do detector sem comprometer a resolução, fator considerado crucial para aplicações fora do laboratório, como missões espaciais.
Com a medição de 0,83 zeptojoule, os cientistas demonstram que é viável aproximar a resolução energética de escalas antes vistas apenas em medições de tempo. Esse avanço sustenta projetos que dependem da manipulação precisa de quantidades elementares e reforça a importância dos sensores ultrassensíveis no desenvolvimento de tecnologias quânticas emergentes.
