Cientistas fazem uma importante descoberta sobre o bizarro tunelamento quântico

Por , em 10.08.2020

O universo quântico parece uma maluquice onde o impossível acontece a todo momento: minúsculos objetos divididos por muitos quilômetros de distância estão conectados entre si. Ah! e estas partículas podem estar simultaneamente em dois lugares diferentes. Mas uma das superpotências quânticas mais desconcertantes é o movimento das partículas através de barreiras aparentemente impenetráveis: o tunelamento quântico.

E cientistas finalmente criaram um experimento que mede o quanto dura o bizarro tunelamento quântico. E determinaram a duração do túnel quântico desde o instante em que a partícula penetra na barreira, cria o túnel saindo do lado oposto. A pesquisa foi publicada na revista científica Nature.

O tunelamento quântico

No tunelamento quântico uma partícula subatômica ou um átomo pode surgir do outro lado de um obstáculo impossível, em teoria, de penetrar. É o mesmo que você encontrar um muro de 10 metros de altura e três metros de espessura que se estende para os dois lados até onde consegue enxergar ao passo que você não tem corda, escada e não é o Homem-Aranha. Uma barreira intransponível.

É um evento raro mas no universo quântico um elétron ou um átomo simplesmente “aparece” do lado oposto do muro, como se tivessem feito um túnel através dele. Mas apesar de ser espetacularmente intrigante, agora nós podemos estudá-lo.

Dispositivos eletrônicos chamados diodos de túnel supercondutores, que permitem que elétrons se movimentem em apenas uma direção, dependem desse fenômeno para o seu funcionamento. O efeito também é utilizado em microscópios de corrente de tunelamento ou microscópios de força atômica, que consegue enxergar átomos individuais. Portanto não é um fenômeno novo para a física.

A inovadora abordagem

Sabemos que leis da mecânica quântica permitem o tunelamento quântico, o que desconhecemos é o que ocorre durante a formação do túnel. Alguns físicos pensavam que ocorria algum tipo de teletransporte que fazia que a partícula aparecesse instantaneamente do outro lado da barreira.

Outras pesquisas tentaram realizar estas medições, já que o fenômeno parece praticamente instantâneo. Mas os resultados não foram uniformes. Na nova abordagem os cientistas criaram uma espécie de cronômetro que consistem em imãs que funcionam exatamente enquanto a partícula estivesse no túnel.

As partículas subatômicas são magnéticas, giram como peões. Precessão é o nome dado a quantidade dessa rotação e ela depende do tempo em que a partícula é submetida a um campo magnético. Usando esse conhecimento a equipe do Instituto Canadense de Pesquisa Avançada, coordenado por Aephraim Steinberg, criou uma barreira magnética que mede exatamente o tempo do túnel quântico formado pela partícula enquanto a atravessa através de sua precessão.

O experimento “de tirar o fôlego”

“O experimento é uma conquista técnica de tirar o fôlego”, afirmou Drew Alton, professor de física da Augustana University, nos EUA.

Os físicos usaram cerca de oito mil átomos de rubídio ultra-gelados, resfriados a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto. Se os átomos não estivessem tão frios se moveriam de maneira imprevisível e em alta velocidade ao invés de permanecerem estáticos. A barreira magnética foi gerada por um feixe laser 1,3 micrômetros de espessura; a mesma espessura de aproximadamente de 2,5 mil átomos de rubídio.

Imagine que você tem 30cm de espessura (da barriga até as costas), o muro teria 800 metros de espessura.

Usando um laser diferente os pesquisadores impulsionaram os átomos de rubídio no sentido da barreira a uma velocidade de quatro milímetros por segundo.

Resultado

A maioria dos átomos de rubídio, como previsto, se rebateu na barreira. Mas o tunelamento quântico ocorreu em aproximadamente 3% deles, que chegaram ao outro lado. Medindo a precessão dos átomos o experimento indicou que a viagem dentro da barreira levou apenas 0,6 milissegundos.

Foi uma maneira engenhosa de criar um experimento que dificulta interpretações diferentes da proposta pelos pesquisadores.

Futuros experimentos da equipe pretendem também medir as velocidade dos átomos em partes diferentes da barreira. A barreira se tornará mais espessa com medições em diferentes áreas para descobrir se os átomos viajam ou não em velocidade constante pela barreira.

Muitas interpretações da mecânica quântica afirmam que não é possível ter certeza do trajeto de uma partícula subatômica. Portanto é possível que esse estudo leve a novas percepções da complicada teoria quântica. O universo quântico é completamente bizarro em comparação ao que estamos habituados e este tipo de experimento contribui para que ele fique menos misterioso.

Mais detalhes: Nature, Sci-News, Space.

Último vídeo do nosso canal: A Terra não orbita exatamente o sol mas um ponto virtual no espao

Deixe seu comentário!