Para explicar de forma bem simples a física quântica (ou mecânica quântica, se preferir), vou pedir a você que imagine um jogo de basquete. Nesse esporte, há três tipos de cesta. Há a cesta de um ponto, a de dois pontos e a de três pontos, certo? Na medida em que as cestas são feitas, o placar vai aumentando, mas sempre de ponto em ponto, no mínimo. É verdade que se a cesta for da linha de três pontos, de uma só vez o placar aumentará três pontos. O que não é possível é que um jogador faça meio ponto, ou então 0,75 ponto, não é mesmo? Como o menor valor que o placar pode aumentar é de um ponto, podemos dizer que um ponto é o quantum da pontuação no basquete.

Mas como isso se aplica a física? Simples. Max Planck descobriu que, ao aquecer um material, a radiação que ele emite não cresce, digamos, de forma contínua. A radiação vai aumentando de pulo em pulo, vai aumentando como se fosse em pacotes de energia. A esses pacotes de energia, ele deu o nome de quantum.

Vimos o que quer dizer quantum, que obviamente dá origem ao termo “quântica”, mas você pode estar-se perguntando: sim, mas como isso virou física quântica? Bom, isso se deveu principalmente a outra pessoa: Niels Bohr.

Os átomos não se movem quando estão sendo observados, mas basta fazer as medições em intervalos maiores para que eles se movam. [Imagem: Y. S. Patil et al. - 10.1103/PhysRevLett.115.140402]

Efeito do Observador

Há poucos dias, em um experimento histórico, físicos finalmente mostraram de forma incontestável que Einstein estava errado ao menos em uma de duas de suas ideias fundamentais, uma delas envolvendo as incertezas e as leis probabilísticas da mecânica quântica.

Para não deixar margens a dúvidas, outra equipe finalmente demonstrou de forma inequívoca uma das previsões mais estranhas da teoria quântica - a previsão de que um sistema quântico não pode mudar enquanto o pesquisador o estiver observando, confirmando que o observador de fato influencia os experimentos quânticos.

Segundo os físicos da Universidade de Cornell, nos EUA, responsáveis pelo experimento, esse comportamento quântico foi bem ilustrado na série Dr. Who pelos "Anjos Lamentadores", criaturas predatórias que assumem a forma de estátuas e que apenas se movem e atacam quando não estão sendo olhadas.

Além de resolver uma disputa de longa data entre os físicos, o experimento abre o caminho para uma técnica fundamentalmente nova para controlar e manipular os estados quânticos de átomos - em um primeiro momento, permitindo ao menos a criação de novos tipos de sensores.

Efeito Zeno Quântico

Para testar a influência do observador sobre os experimentos quânticos, Yogesh Patil e Srivatsan Chakram resfriaram um gás contendo cerca de um bilhão de átomos de rubídio, no interior de uma câmara de vácuo, até próximo do zero absoluto, e suspenderam a massa usando feixes de laser. Nesse estado, os átomos se organizam em uma grade ordenada como se estivessem em um cristal sólido e funcionam como se fossem uma entidade única - por isso essa estrutura é muitas vezes chamada de "átomo artificial".

Em temperaturas tão baixas, os átomos podem tunelar de um lugar para outro na rede atômica. O famoso princípio da incerteza de Heisenberg diz que a posição e a velocidade de uma partícula estão relacionadas e não podem ser simultaneamente medidas com precisão.

Como a temperatura é uma medida do movimento de uma partícula, no frio extremo do quase zero absoluto a velocidade é praticamente zero, de forma que há muita flexibilidade na posição: quando você os observa, os átomos são tão susceptíveis de estar em um lugar na rede como em qualquer outro.

Os pesquisadores demonstraram então ser possível suprimir o tunelamento quântico - as mudanças de posição - meramente observando os átomos. Olhe para eles, e eles "congelam" no lugar; interrompa a medição, e eles voltam a tunelar. Isto foi feito repetindo rapidamente as medições: quanto mais rapidamente elas são feitas, menor é a probabilidade de os átomos terem saído do lugar.

Este assim chamado "Efeito Zeno Quântico" - ou "Efeito do Observador" - deriva de uma proposta feita em 1977 por George Sudarshan e Baidyanath Misra, da Universidade do Texas, que notaram que a natureza estranha das medições quânticas permite, em princípio, que um sistema quântico seja "congelado" por medições repetidas, feitas em sequência.


Como os átomos se mostraram altamente sensíveis às menores forças externas - as forças envolvidas em sua medição - isto tornará possível desenvolver sensores mais precisos. [Imagem: Y. S. Patil et al. - 10.1103/PhysRevLett.115.140402]

Classicalidade emergente

"Esta é a primeira observação do Efeito Zeno Quântico por uma medição do movimento atômico no espaço real," disse o professor Mukund Vengalattore, orientador da equipe. "Além disso, devido ao alto grau de controle que conseguimos demonstrar em nossos experimentos, nós podemos 'sintonizar' gradualmente a maneira pela qual observamos esses átomos. Usando este ajuste, nós fomos capazes de demonstrar também um efeito chamado 'classicalidade emergente' neste sistema quântico."

Na classicalidade emergente, os efeitos quânticos desaparecem, e os átomos começam a se comportar da maneira prevista pela física clássica, que nos parece muito mais intuitiva.

A propósito, com o estabelecimento desses experimentos definitivos mostrando a realidade das esquisitices quânticas, as atenções começam a se voltar justamente para essa fronteira entre o clássico e o quântico - entre os "reinos" que obedecem às leis da física clássica ou às leis da mecânica quântica.

Embora tradicionalmente associados com as dimensões - o tamanho - das partículas envolvidas, alguns indícios apontam que a gravidade possa ser usada para explicar a fronteira clássico-quântico, enquanto outros físicos vão ainda mais longe, propondo que a física quântica emerge na fronteira entre múltiplos universos.

Bibliografia:

Measurement-Induced Localization of an Ultracold Lattice Gas
Y. S. Patil, S. Chakram, M. Vengalattore
Physical Review Letters
Vol.: 115, 140402
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.140402

Nondestructive imaging of an ultracold lattice gas
Y. S. Patil, S. Chakram, L. M. Aycock, M. Vengalattore
Physical Review Letters
Vol.: 90, 033422
DOI: 10.1103/PhysRevA.90.033422

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