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Cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) (Japão) anunciaram um avanço significativo na tecnologia de levitação, ao eliminar o amortecimento por correntes parasitas em sistemas macroscópicos. O desenvolvimento pode revolucionar sensores de precisão e abrir novas possibilidades para a pesquisa quântica.
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Levitação atrai olhares há eras
A levitação tem fascinado tanto mágicos quanto cientistas ao longo dos séculos. Enquanto ilusionistas criam truques para fazer objetos flutuarem, os físicos buscam a levitação por seus benefícios práticos, como o isolamento de objetos contra interferências físicas, incluindo atrito. Essa técnica é essencial para estudar fenômenos, como gravidade, pressão de gases e momento angular.
- A equipe do OIST combinou simplicidade e precisão para alcançar o novo feito;
- Utilizando um disco de grafite de um centímetro e alguns ímãs de terras raras, os pesquisadores criaram um rotor capaz de levitar e girar livremente, sem perder energia devido às correntes parasitas;
- Essas correntes são geradas quando materiais condutores se movem em campos magnéticos, criando resistências ao movimento — semelhantes ao atrito —, úteis em tecnologias, como freios de trem e ferramentas elétricas, mas indesejáveis em sistemas de levitação de alta precisão;
- “Com um disco de grafite de um centímetro e alguns ímãs de terras raras, demonstramos experimentalmente e provamos analiticamente como criar um rotor levitante diamagnético que não sofre nenhum amortecimento por correntes parasitas, graças à simetria axial”, explicou, ao Phys.org, Daehee Kim, doutorando e primeiro autor do estudo;
- “Se conseguirmos desacelerar sua rotação o suficiente, seu movimento entrará no regime quântico, o que pode abrir uma nova plataforma de pesquisa quântica.”
Em experimentos anteriores, a equipe havia reduzido o amortecimento usando uma placa de grafite misturada com pó revestido de sílica e embutida em cera. Embora isso diminuísse as correntes parasitas, também reduzia a força de levitação devido aos materiais adicionais. O novo rotor, feito apenas de grafite, mantém o poder de levitação total e elimina a resistência indesejada.
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Segredo para o sucesso
De acordo com o professor Jason Twamley, chefe da Unidade de Máquinas Quânticas do OIST e autor sênior do estudo, o segredo está na simetria rotacional.
“O design em forma de placa sofre leve amortecimento por correntes parasitas ao se mover para cima e para baixo, porque a força magnética — ou fluxo — muda, formando correntes parasitas dentro dos grãos de grafite revestidos de sílica”, afirmou.
“Mas um rotor permanece no mesmo campo magnético ao girar em torno de seu eixo central acima dos ímãs. Ele não experimenta mudança de fluxo — e isso elimina o amortecimento por correntes parasitas.”
O grupo validou sua abordagem por meio de simulações de computador, provas matemáticas e experimentos físicos. Os resultados indicam que o desempenho depende principalmente de uma simetria axial perfeita e da redução do atrito do ar, possível em ambientes quase a vácuo.
Além de seu potencial para experimentos quânticos, a inovação pode impulsionar o desenvolvimento de sensores e giroscópios extremamente precisos. “Com melhorias práticas no processo de fabricação, nosso rotor levitante é ideal para sensores extremamente precisos, operando em escala de milímetros em vez de nanômetros”, disse Twamley. “Ele pode ser acelerado para atuar como giroscópios precisos e confiáveis, ou desacelerado — resfriado — para entrar no regime quântico.”
Uma versão anterior do sistema de levitação do OIST já havia sido enviada ao Espaço como prova de conceito para experimentos sobre matéria escura e ondas gravitacionais. Agora, com o novo design sem amortecimento e maior estabilidade, experimentos quânticos em órbita poderão ser realizados com mais precisão.
Os pesquisadores acreditam que essa abordagem poderá permitir sensores de nova geração capazes de detectar mudanças físicas minúsculas na Terra e no Espaço. Além disso, o dispositivo pode contribuir para o estudo de fenômenos, como a gravidade do vácuo e a superposição rotacional, aproximando a física quântica do mundo macroscópico.
Os resultados foram publicados na revista Communications Physics.
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