Uma ilustração sugere o comportamento de moléculas grandes e complexas
se espalhando como ondas no espaço. (Imagem: © Yaakov Fein, Universität
Wien)
O novo experimento demonstrou um efeito quântico bizarro no experimento de fenda dupla, em uma escala sem precedentes.
Moléculas gigantes podem estar em dois lugares ao mesmo tempo, graças à física quântica.
Isso é algo que os cientistas sabem há muito tempo que é teoricamente verdadeiro, com base em alguns fatos: toda partícula ou grupo de partículas no universo também é uma onda – até partículas grandes, até bactérias, até seres humanos, até planetas e estrelas. E as ondas ocupam vários lugares no espaço ao mesmo tempo. Portanto, qualquer pedaço de matéria também pode ocupar dois lugares ao mesmo tempo. Os físicos chamam esse fenômeno de ‘superposição quântica’ e, durante décadas, demonstraram isso usando pequenas partículas.
Mas nos últimos anos, os físicos incrementaram suas experiências, demonstrando superposição quântica ao usarem partículas cada vez maiores. Agora, em um artigo publicado em 23 de setembro na revista Nature Physics, uma equipe internacional de pesquisadores fez com que moléculas compostas de até 2.000 átomos ocupassem dois lugares ao mesmo tempo.
Para fazer isso, os pesquisadores construíram uma versão complicada e modernizada de uma série de famosos experimentos antigos que primeiro demonstraram a superposição quântica.
Os pesquisadores sabem há muito tempo que a luz, disparada através de uma folha com duas fendas, criaria um padrão de interferência, ou uma série de franjas claras e escuras, na parede atrás da folha. Mas a luz era entendida como uma onda sem massa, não algo feito de partículas, então isso não era surpreendente. No entanto, em uma série de experimentos famosos na década de 1920, os físicos mostraram que os elétrons disparados através de películas finas ou cristais se comportariam de maneira semelhante, formando padrões como luz na parede atrás do material difratador.
Se os elétrons fossem simplesmente partículas, e pudessem ocupar apenas um ponto no espaço de cada vez, formariam duas tiras, aproximadamente do formato das fendas, na parede atrás da película ou do cristal. Mas, em vez disso, os elétrons atingiram a parede em padrões complexos, sugerindo que os elétrons haviam interferido entre si. Esse é um sinal revelador de uma onda; em alguns pontos, os picos das ondas coincidem, criando regiões mais brilhantes, enquanto em outros pontos os picos coincidem com vales; portanto, os dois se cancelam e criam uma região escura.
Como os físicos já sabiam que os elétrons tinham massa e eram definitivamente partículas, o experimento mostrou que a matéria atua tanto como partículas individuais quanto como ondas.
Moléculas gigantes podem estar em dois lugares ao mesmo tempo, graças à física quântica.
Isso é algo que os cientistas sabem há muito tempo que é teoricamente verdadeiro, com base em alguns fatos: toda partícula ou grupo de partículas no universo também é uma onda – até partículas grandes, até bactérias, até seres humanos, até planetas e estrelas. E as ondas ocupam vários lugares no espaço ao mesmo tempo. Portanto, qualquer pedaço de matéria também pode ocupar dois lugares ao mesmo tempo. Os físicos chamam esse fenômeno de ‘superposição quântica’ e, durante décadas, demonstraram isso usando pequenas partículas.
Mas nos últimos anos, os físicos incrementaram suas experiências, demonstrando superposição quântica ao usarem partículas cada vez maiores. Agora, em um artigo publicado em 23 de setembro na revista Nature Physics, uma equipe internacional de pesquisadores fez com que moléculas compostas de até 2.000 átomos ocupassem dois lugares ao mesmo tempo.
Para fazer isso, os pesquisadores construíram uma versão complicada e modernizada de uma série de famosos experimentos antigos que primeiro demonstraram a superposição quântica.
Os pesquisadores sabem há muito tempo que a luz, disparada através de uma folha com duas fendas, criaria um padrão de interferência, ou uma série de franjas claras e escuras, na parede atrás da folha. Mas a luz era entendida como uma onda sem massa, não algo feito de partículas, então isso não era surpreendente. No entanto, em uma série de experimentos famosos na década de 1920, os físicos mostraram que os elétrons disparados através de películas finas ou cristais se comportariam de maneira semelhante, formando padrões como luz na parede atrás do material difratador.
Se os elétrons fossem simplesmente partículas, e pudessem ocupar apenas um ponto no espaço de cada vez, formariam duas tiras, aproximadamente do formato das fendas, na parede atrás da película ou do cristal. Mas, em vez disso, os elétrons atingiram a parede em padrões complexos, sugerindo que os elétrons haviam interferido entre si. Esse é um sinal revelador de uma onda; em alguns pontos, os picos das ondas coincidem, criando regiões mais brilhantes, enquanto em outros pontos os picos coincidem com vales; portanto, os dois se cancelam e criam uma região escura.
Como os físicos já sabiam que os elétrons tinham massa e eram definitivamente partículas, o experimento mostrou que a matéria atua tanto como partículas individuais quanto como ondas.
Uma ilustração mostra como os elétrons, partículas de matéria, agem como ondas quando passam por uma folha de duas fendas (crédito da imagem: Johannes Kalliauer / CC BY-SA 4.0)
Mas uma coisa é criar um padrão de interferência nos elétrons. Fazê-lo com moléculas gigantes é muito mais complicado. Moléculas maiores têm ondas detectadas com menos facilidade, porque objetos mais massivos têm comprimentos de onda mais curtos que podem levar a padrões de interferência quase imperceptíveis. E essas partículas de 2.000 átomos têm comprimentos de onda menores que o diâmetro de um único átomo de hidrogênio, portanto seu padrão de interferência é muito menos dramático.
Para iniciar o experimento de fenda dupla para coisas grandes, os pesquisadores construíram uma máquina capaz de disparar um feixe de moléculas (coisas volumosas chamadas de ‘oligo-tetrafenilporfirinas enriquecidas com cadeias fluoroalquilsulfanil‘, mais de 25.000 vezes a massa de um átomo de hidrogênio simples) através de uma série de grelhas e folhas com várias fendas. O feixe tinha cerca de 2 metros de comprimento. Ele era grande o suficiente para que os pesquisadores tenham que explicar fatores como a gravidade e a rotação da Terra ao projetar o emissor de feixe, escreveram os cientistas no jornal. Eles também mantiveram as moléculas razoavelmente quentes para um experimento de física quântica, por isso tiveram que levar em conta o calor que empurra as partículas.
Mas ainda assim, quando os pesquisadores ligaram a máquina, os detectores na extremidade oposta do feixe revelaram um padrão de interferência. As moléculas estavam ocupando vários pontos no espaço ao mesmo tempo.
É um resultado emocionante, escreveram os pesquisadores, provando interferência quântica em escalas maiores do que nunca havia sido detectado.
Os autores escreveram:
A próxima geração de experimentos com ondas de matéria empurrará a massa por uma ordem de magnitude.
Portanto, demonstrações ainda maiores de interferência quântica estão chegando, embora provavelmente não seja possível dispara-las você mesmo através de um interferômetro tão cedo. (Antes de tudo, o vácuo na máquina provavelmente mataria você.)
Nós seres gigantes vamos ter que sentar em um só lugar e ver as partículas se divertirem.
Para iniciar o experimento de fenda dupla para coisas grandes, os pesquisadores construíram uma máquina capaz de disparar um feixe de moléculas (coisas volumosas chamadas de ‘oligo-tetrafenilporfirinas enriquecidas com cadeias fluoroalquilsulfanil‘, mais de 25.000 vezes a massa de um átomo de hidrogênio simples) através de uma série de grelhas e folhas com várias fendas. O feixe tinha cerca de 2 metros de comprimento. Ele era grande o suficiente para que os pesquisadores tenham que explicar fatores como a gravidade e a rotação da Terra ao projetar o emissor de feixe, escreveram os cientistas no jornal. Eles também mantiveram as moléculas razoavelmente quentes para um experimento de física quântica, por isso tiveram que levar em conta o calor que empurra as partículas.
Mas ainda assim, quando os pesquisadores ligaram a máquina, os detectores na extremidade oposta do feixe revelaram um padrão de interferência. As moléculas estavam ocupando vários pontos no espaço ao mesmo tempo.
É um resultado emocionante, escreveram os pesquisadores, provando interferência quântica em escalas maiores do que nunca havia sido detectado.
Os autores escreveram:
A próxima geração de experimentos com ondas de matéria empurrará a massa por uma ordem de magnitude.
Portanto, demonstrações ainda maiores de interferência quântica estão chegando, embora provavelmente não seja possível dispara-las você mesmo através de um interferômetro tão cedo. (Antes de tudo, o vácuo na máquina provavelmente mataria você.)
Nós seres gigantes vamos ter que sentar em um só lugar e ver as partículas se divertirem.
Fonte: https://www.ovnihoje.com/2019/10/06/2-000-atomos-existem-em-dois-lugares-ao-mesmo-tempo-mostra-novo-experimento-quantico/
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