Estudo: tunelamento quântico pode ser mais rápido que a velocidade da luz
Uma equipe de físicos da Universidade Griffith e da Universidade Nacional da Austrália mediu quanto tempo dura um processo conhecido como tunelamento quântico.
No passado, houve um debate sobre se tal fenômeno seria instantâneo – o que significaria que é mais rápido que a velocidade da luz.
Aparentemente, é isso mesmo.
O que é tunelamento quântico?
Se você jogar uma bola em uma parede, ela vai voltar para você. Isso é física clássica. No mundo da física quântica, no entanto, tudo é muito mais complicado.
Se você lançar uma partícula em uma parede, ela pode voltar para você, ou pode de repente atravessá-la e aparecer do outro lado, graças a um fenômeno conhecido como tunelamento quântico.
O tunelamento é resultado de uma probabilidade matemática aleatória. Digamos, por exemplo, que você esteja mapeando a probabilidade de onde uma partícula vai parar depois de jogá-la em uma parede. É extremamente alta a chance de que rebaterá e se afastará da parede. No mundo quântico, porém, nunca podemos ter 100% de certeza de nada. Há uma pequena chance de que a partícula ignore a parede e continue sua jornada para o outro lado.
Embora pareça ficção científica, o tunelamento quântico é um processo bem documentado que ocorre cotidianamente, por exemplo, em microscópios eletrônicos e transistores. Partículas elementares como os elétrons são conhecidos por “tunelar” em seus átomos regularmente, o que é um fator-chave por trás do decaimento radioativo.
É ou não é instantâneo?
Um dos mistérios em torno do fenômeno, contudo, é quanto tempo leva para uma partícula atingir um túnel quântico através de uma barreira.
Alguns cientistas acreditam que isso acontece instantaneamente, mas tal coisa significaria que a partícula viaja mais rápido que a velocidade da luz e pode violar o princípio da causalidade.
Para tentar medir o tempo do tunelamento, os pesquisadores explodiram átomos de hidrogênio com um laser intenso que dispara 1.000 pulsos de luz por segundo. A ideia é que isso estabeleça as condições corretas para que o elétron escape do átomo, permitindo que a equipe meça com precisão a duração do tunelamento.
O resultado? O tunelamento quântico parece acontecer instantaneamente – ou pelo menos, tão incrivelmente rápido que é essencialmente instantâneo. Segundo os pesquisadores, são necessários menos de 1,8 atossegundos, o que representa um bilionésimo de um bilionésimo de segundo.
Ressalvas
Embora estudos anteriores que mediram o tempo de tunelamento tenham visto resultados mais longos – por exemplo, em 2017, pesquisadores do Instituto Max Planck (Alemanha) descobriram que o tunelamento quântico leva até 180 atossegundos -, a equipe por trás da nova pesquisa diz que sua experiência é mais simples e por isso menos propensa a erros.
No estudo do Max Planck, por exemplo, a equipe usou átomos de crípton e argônio, que são muito mais complexos que o hidrogênio, que tem apenas um elétron.
“Testes anteriores usaram átomos mais complicados, contendo vários ou muitos elétrons”, disse Igor Litvinyuk, um dos autores do novo estudo. “Para explicar a interação entre os diferentes elétrons, eles usaram diferentes modelos aproximados. E, desses modelos, eles extraíram os tempos. Nosso modelo não usou aproximações porque não precisávamos nos preocupar com as interações elétron-elétron”.
Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na prestigiosa revista científica Nature. [NewAtlas]
