Cientistas da ITMO Simulam Dinâmica Galáctica Usando Íons Aprisionados

Pesquisadores da Universidade ITMO desenvolveram uma metodologia inovadora que possibilita a simulação precisa do movimento das estrelas em relação ao centro da Galáxia, permitindo estudar as transformações subsequentes da Via Láctea. Este avanço baseia-se na utilização de íons atômicos, mantidos em uma armadilha laboratorial especializada. Tal abordagem permite a transição de cálculos puramente matemáticos para a investigação experimental de fenômenos astrofísicos, fundamentada no princípio da analogia ou semelhança.

Semyon Rudoy, pesquisador científico do Centro de Educação Científica em Física de Nanoestruturas da ITMO, detalhou que este método oferece a capacidade de replicar um sistema cósmico em escala reduzida, ou seja, “na palma da mão”. Isso possibilita a exploração de eventos astrofísicos e até mesmo a aplicação de influências sobre eles, tratando as partículas carregadas na armadilha como análogos diretos das estrelas. Galáxias, assim como outras estruturas cósmicas de grande porte, constituem sistemas dinâmicos de alta complexidade. Nesses sistemas, pequenas alterações nas condições iniciais podem desencadear resultados imprevisíveis a longo prazo, o que historicamente impõe limites à exatidão dos modelos computacionais convencionais.

Para realizar previsões abrangendo longos intervalos de tempo, os astrônomos recorrem tradicionalmente a construções matemáticas simplificadas. Um exemplo notório é o potencial de Hénon-Heiles, concebido por Michel Hénon e Carl Heiles em 1964. O estudo conduzido pelos cientistas da ITMO, que recebeu apoio do Fundo Científico Russo, provou que as trajetórias dos íons atômicos dentro de uma armadilha quádrupla espelham o comportamento das órbitas estelares no potencial galáctico. Os físicos conseguiram demonstrar que o potencial astrofísico clássico de Hénon-Heiles pode ser efetivamente materializado em um sistema composto por íons atômicos.

A criação da configuração de campo elétrico necessária dentro da armadilha é realizada por meio de eletrodos fabricados com óxido de índio e estanho, depositados sobre substratos de vidro. Dmitry Sherbinin, pesquisador sênior no mesmo centro, enfatizou um ponto crucial: sistemas caóticos, apesar de suas origens distintas (sejam eles de macro ou microescala), aderem a leis e padrões universais. Essa constatação robustece a tese da existência de reguladores comuns a diversos sistemas caóticos, permitindo que um possa reproduzir o comportamento do outro.

Em áreas correlatas, como a computação quântica baseada em íons, cientistas russos do FIAN (Instituto de Física da Academia Russa de Ciências) alcançaram, em dezembro de 2025, uma precisão recorde em operações de qubit único utilizando um computador de 70 qubits. Este feito atesta o alto nível de proficiência alcançado no manuseio de sistemas iônicos. Enquanto pesquisadores internacionais, como Christopher Monroe, veem as simulações quânticas em íons como uma plataforma promissora para modelar sistemas de matéria condensada, a inovação russa concentra seus esforços na modelagem de sistemas astrofísicos macroscópicos, aplicando os mesmos princípios fundamentais de controle de partículas carregadas.