Por muito tempo, acreditou-se que as leis da mecânica quântica se aplicavam apenas a objetos minúsculos como os fótons. No entanto, os físicos provaram que corpos muito grandes (pelos padrões do mundo molecular) podem obedecer a essas regras.
Você provavelmente já ouviu falar mais de uma vez sobre o experimento mental, que foi formulado pelo físico austríaco Erwin Schrödinger - aquele com um gato, uma caixa e um isótopo radioativo. De acordo com as condições experimentais, um gato pode estar simultaneamente morto e não morto, ou seja, ele está em um estado de uma espécie de incerteza quântica - "superposição". Bem, os cientistas não colocaram gatos em caixas, eles apenas fizeram o mesmo experimento com uma enorme molécula de 2.000 átomos.
A superposição quântica foi testada inúmeras vezes em sistemas pequenos, e os físicos mostraram com sucesso que as partículas individuais podem estar em dois lugares ao mesmo tempo. Mas em uma escala semelhante, esse tipo de experimento nunca foi feito antes.
Este experimento permite aos pesquisadores refinar as hipóteses da mecânica quântica e entender melhor como esse misterioso ramo da física realmente funciona - bem como como as leis da mecânica quântica se combinam com as leis mais tradicionais em larga escala da física clássica. "Nossos resultados mostram excelente concordância com a teoria quântica e não podem ser explicados em termos da física clássica", argumentam os pesquisadores em seu artigo.
Em particular, a nova pesquisa inclui a equação de Schrödinger, que descreve como até mesmo partículas individuais podem se comportar como ondas e aparecer em vários lugares ao mesmo tempo. A maneira mais fácil de descrever sua interação é como ondas em um lago em que você joga várias pedras de uma vez.
Para provar sua hipótese, os cientistas montaram um experimento com duas fendas - uma experiência bem conhecida dos físicos quânticos. Geralmente consiste em projetar partículas individuais de luz (fótons) através de duas fendas. Se os fótons estivessem agindo apenas como partículas, a projeção de luz resultante para o outro lado mostraria apenas uma faixa. Mas, na realidade, a luz projetada do outro lado mostra um padrão de interferência - muitas bandas que interagem como ondas. Como você pode ver, a prova nem requer hardware super sensível.
Esquema de experimento.
Parece-nos que os fótons estão em dois lugares ao mesmo tempo, como o gato de Schrödinger. Mas, como muitas pessoas sabem, um gato está em dois estados até que tenha um observador externo. Quando a caixa é aberta, o estado do gato torna-se certo - ele está vivo ou morto.
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É o mesmo com os fótons. Assim que a luz é medida ou observada diretamente por uma pessoa, a superposição desaparece e o estado do fóton é fixado. Este é um dos principais mistérios de toda a mecânica quântica.
Os pesquisadores repetiram o experimento com duas fendas, mas em vez de usar fótons, eles usaram elétrons, átomos e pequenas moléculas. Mas agora os físicos mostraram que moléculas enormes obedecem às mesmas regras! A equipe usou enormes conjuntos de átomos compostos por 2.000 "partes" para criar padrões de interferência quântica como se estivessem se comportando como ondas e em mais de um lugar ao mesmo tempo.
Essas moléculas colossais são conhecidas como "oligotetrafenilporfirinas enriquecidas em cadeias de fluoroalquilsulfanil" e algumas delas tinham 25.000 vezes a massa de átomos de hidrogênio. Mas à medida que as moléculas aumentam de tamanho, elas também se tornam menos estáveis, então os cientistas só foram capazes de interferir nelas por sete milissegundos de cada vez, usando um equipamento recém-desenvolvido - um interferômetro de matéria de onda. Mesmo fatores como a rotação da Terra e a atração gravitacional dos próprios átomos tiveram que ser levados em consideração. Bem, o trabalho valeu a pena.
Agora sabemos que as regras da mecânica quântica se aplicam não apenas a objetos minúsculos como os fótons, mas também a corpos muito maiores. O registro anterior era uma molécula de apenas 800 átomos - acreditava-se que esse é o limite a partir do qual, em vez das leis da física quântica, as leis da física clássica começam a operar. Mas este não é o fim: a equipe está confiante que muito em breve poderá bater um novo recorde.
Vasily Makarov
