O supercondutor que levita

Como é que um disco super fino, de 8 cm de diâmetro consegue pôr a levitar cerca de 70 000 vezes o seu próprio peso? Numa demonstração hipnotizante e futurista, Boaz Almog mostra como um fenómeno conhecido por travamento quântico permite que um disco supercondutor flutue sobre um carril eletromagnético — totalmente sem fricção e com perda de energia zero.

O fenómeno que viram aqui,
por um breve momento

chama-se levitação quântica
e travamento quântico.

O objeto que estava aqui a levitar

chama-se um supercondutor.

A supercondutividade é
um estado quântico da matéria

e ocorre apenas abaixo
de certa temperatura crítica.

É um fenómeno antigo.

Foi descoberto há 100 anos.

Mas só recentemente,

graças a vários avanços tecnológicos,

estamos aptos a demonstrar

a levitação quântica
e o travamento quântico.

Um supercondutor é definido
por duas propriedades.

A primeira é a resistência elétrica zero.

A segunda é a expulsão dum campo magnético
do interior do supercondutor.

Isto parece complicado, não é?

Afinal, o que é a resistência elétrica?

A eletricidade é o fluxo de eletrões
no interior de um material.

Esses eletrões, que circulam,

colidem com os átomos e, nessas colisões,

perdem uma certa quantidade de energia.

Dissipam essa energia sob a forma de calor
— todos conhecemos esse efeito.

No entanto, dentro de um supercondutor
não existem colisões,

logo, não existe dissipação de energia.

É espantoso. Pensem nisso.

Na física clássica, existe sempre
alguma fricção, alguma perda de energia.

Mas aqui não, porque se trata
de um efeito quântico.

Mas isso não é tudo,

porque os supercondutores
não gostam de campos magnéticos.

Por isso, um supercondutor vai tentar
expelir o campo magnético do seu interior

e vai fazer isso através
de correntes circulantes.

A combinação dos dois efeitos

— a expulsão de campos magnéticos
e a resistência elétrica zero —

é exatamente o que constitui
um supercondutor.

Mas nada é perfeito,
como todos sabemos.

Às vezes permanecem resquícios
de campos magnéticos

dentro do supercondutor.

Se houver boas condições,
como as que temos aqui,

esses resquícios de campo magnético
podem ficar presos dentro do supercondutor.

Esses resquícios de campo magnético
dentro do supercondutor,

aparecem em quantidades discretas.

Porquê? Porque é um fenómeno quântico,
é física quântica.

Portanto, comportam-se
como partículas quânticas.

Neste filme, podem ver como eles passam
um por um discretamente.

São resquícios de campo magnético.

Não são partículas,
mas comportam-se como partículas.

É por isso que chamamos a este efeito
levitação quântica e travamento quântico.

Que acontece com o supercondutor quando
o colocamos dentro de um campo magnético?

Primeiro, continua a haver lá dentro
resquícios de campo magnético,

mas agora o supercondutor
não gosta que eles se movimentem,

porque esses movimentos dissipam energia,

o que quebra o estado
de supercondutividade.

Então, ele trava esses resquícios,
que se chamam fluxões

e trava esses fluxões no seu lugar.

Ao fazer isso, ele trava-se
a si mesmo no seu lugar.

Porquê? Porque qualquer movimento

do supercondutor mudará
o lugar dos fluxões,

mudará a configuração deles.

Temos portanto um travamento quântico.
Vou mostrar como é que funciona.

Tenho aqui um supercondutor, que embrulhei
para que fique frio por tempo suficiente.

Quando o coloco em cima de um imã vulgar,

ele fica travado no ar.

(Aplausos)

Atenção, isto não é apenas levitação.
Não é apenas repulsão.

Eu posso rearranjar os fluxões
e ele fica travado nessa nova configuração.

Deste modo, ou movendo-o um pouco
para direita ou para a esquerda.

Isto é travamento quântico,
um verdadeiro travamento

dum superconductor tridimensional.

Claro, posso virá-lo de cabeça para baixo

e ele vai continuar travado.

Agora que já percebemos
que esta aparente levitação

é na verdade um travamento

— sim, já percebemos isso —

não vão ficar admirados
por ouvir dizer que,

se eu agarrar neste imã circular,

em que o campo magnético
é o mesmo em toda a volta,

o supercondutor poderá rodar livremente
em torno do eixo do imã.

Porquê? Porque, enquanto ele roda,
mantém-se o travamento.

Estão a ver? Posso ajustar
e rodar o supercondutor.

Temos movimento sem fricção.

Ainda está a levitar,
mas pode mover-se livremente.

Temos pois travamento quântico
e podemos levitá-lo por cima deste imã.

Mas quantos fluxões, quantos resquícios
magnéticos existem num disco como este?

Podemos fazer um cálculo,
e obtemos um número muito grande.

Cem mil milhões de resquícios
de campo magnético

dentro deste disco de 8 cm.

Mas esta não é a parte mais espantosa,

porque há uma coisa
que eu ainda não contei.

(Risos)

A parte espantosa é que
este supercondutor que aqui veem

tem uma espessura de apenas meio mícron.

É extremamente fino.

Este disco extremamente fino
consegue pôr a levitar

mais de 70 000 vezes
o seu próprio peso.

É um efeito espantoso. É muito forte.

Ora bem, eu posso estender
este imã circular

e fazer o caminho que eu quiser.

Por exemplo, posso fazer aqui
um grande carril circular.

Quando coloco este disco supercondutor
por cima deste carril,

ele move-se livremente.

(Aplausos)

Mais uma vez, isto não é tudo.

Posso ajustar assim a sua posição e rodar.

Ele move-se livremente nessa nova posição.

Posso até tentar uma coisa nova.
Vou tentá-la pela primeira vez.

Posso agarrar neste disco
e colocá-lo aqui.

Enquanto ele fica aqui — não te mexas —

vou tentar rodar o carril.

Segundo espero, se o fiz corretamente,

ele continua suspenso.

(Aplausos)

Estão a ver, é travamento quântico,
não é levitação.

Enquanto o deixo circular mais um pouco,

vou falar um pouco de supercondutores.

(Risos)

Sabemos agora que conseguimos transferir
uma enorme quantidade de corrente

no interior dos supercondutores.

Podemos usá-la para produzir
campos magnéticos fortes,

como os que são necessários
nas máquinas de RMI,

nos aceleradores de partículas e outros.

Mas podemos também armazenar energia
usando os supercondutores,

porque não temos dissipação.

Podemos também produzir
cabos de alimentação,

para transferir enormes quantidades
de corrente entre as centrais elétricas.

Imaginem podermos alimentar
uma central elétrica inteira

com um único cabo supercondutor.

Qual é o futuro da levitação quântica
e do travamento quânticos?

Vou responder a esta pergunta simples
dando um exemplo.

Imaginem que têm um disco semelhante
ao que tenho aqui na minha mão,

com 8 cm de diâmetro,
com uma única diferença.

A camada supercondutora,
em vez de ter meio mícron de espessura,

tem dois milímetros de largura,
bastante delgado.

Essa camada supercondutora
de dois milímetros de espessura

pode aguentar 1000 quilos
— um carrito pequeno — na minha mão.

Incrível!

Obrigado.

(Aplausos)