Um análogo do princípio de Mach na escala atômica

O princípio de Mach enuncia que a “inercialidade” de um referencial está estreitamente relacionada com o movimento da matéria no espaço. Isto pode ser resumido da seguinte forma: o que aconteceria se as estrelas estivessem subitamente girando ao nosso redor? Esse movimento tornaria referenciais inerciais em referencias não-inerciais?

Um efeito ótico mostrado pelo físico francês Georges Sagnac, há cerca de um século, ocorre quando a propagação de luz num referencial girante (com respeito a um referencial inercial) adquire uma fase especificamente induzida pela rotação – chamada de fase Sagnac. Esse efeito é utilizado nos dias atuais para estimar as rotações instantâneas de aeronaves. O efeito Sagnac ocorre tanto com ondas de luz quanto com ondas atômicas e constitui uma assinatura da rotação do referencial.

Pesquisadores dos Institutos de Física da UFRJ e da UFF usaram o efeito Sagnac para  propor um análogo da conjectura de Mach em escala atômica e no contexto da eletrodinâmica quântica. De fato, uma pergunta fundamental que Mach poderia fazer hoje em dia é a seguinte: será que o efeito Sagnac persiste quando o referencial permanece em repouso, porém com alguma matéria em rotação dentro dele? A resposta é positiva, conforme demonstrado no artigo “Quantum Vacuum Sagnac Effect” publicado na revista Physical Review Letters em 29 de Dezembro e disponível no arXiv no link (https://arxiv.org/abs/2112.01957).

Neste trabalho, mostra-se que uma nanopartícula girando muito rapidamente deixa um rastro na forma de uma fase geométrica finita, mediada pelo campo eletromagnético quântico. Quando a nanopartícula é composta de um material altamente dispersivo, obtém-se uma fase Sagnac do vácuo quântico próxima do limite de detecção dos melhores interferômetros atômicos. Isso mostra que a detecção deste novo efeito do vácuo quântico poderia ser realizada num futuro próximo.

Texto de François Impens, Paulo Maia Neto, Reinaldo de Melo e Souza, e Guilherme C. Matos.