Os cientistas usaram um átomo artificial para mostrar a possibilidade de manter o gato de Schrödinger vivo por um período indefinido, bem como acelerar o início de sua morte. Para isso e aquilo, você nem precisa olhar para a caixa em que esse mesmo gato costuma sentar (ou não senta). Usar analogias clássicas como essa pode parecer simplificado demais ou estranho, mas para a ciência é muito importante. Eles mostram como a realidade é encontrada em um nível fundamental e podem levar a melhores ferramentas que os físicos usam na engenharia quântica.
Cientistas da Universidade de Washington em St. Louis decidiram descobrir com certeza se era necessário coletar informações de um sistema quântico - ou, mais simplesmente, olhar para uma partícula - para influenciar seu comportamento. Talvez "frear" seja o suficiente?
Alerta de spoiler: eles descobriram que não há necessidade de assistir.
Um pouco de história: efeitos gato, caixa e Zeno
Se alguém não sabe que tipo de gato de Schrödinger, lembramos a lenda. De acordo com a interpretação de Copenhague da mecânica quântica, um objeto físico (como um átomo) não tem propriedades específicas até que seja medido. Em resposta, o físico Erwin Schrödinger propôs um experimento mental. Ele sugeriu que, se essa interpretação estiver correta, poderíamos colocar a substância radioativa em um pequeno recipiente próximo ao contador Geiger, amarrar o contador a um martelo e colocar o martelo sobre a cápsula de ácido de modo que ela a esmague conforme o átomo se decompõe.
Se colocarmos tudo isso em uma caixa com um gato, não poderemos medir as propriedades do átomo, porque, pelo que sabemos, o átomo simultaneamente decaiu e não decaiu (por isso tem meia-vida). Como consequência, o gato estará vivo e morto ao mesmo tempo, até que olhemos para dentro.
Esta é a lenda. Mas ela tem um fundo duplo.
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Em 1974, os cientistas fizeram a pergunta: O tempo de vida de um sistema instável depende de um dispositivo de medição?
Esse paradoxo ficou conhecido como efeito zeno quântico: o que acontece se observarmos continuamente um átomo instável? Ele vai se desintegrar?
De acordo com o efeito Zeno, sob observação constante, ele nunca emitirá uma única partícula de radiação. Em 1989, isso foi demonstrado pela primeira vez em um experimento do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos, e uma hipótese estranha se tornou uma realidade estranha.
Dez anos depois, o efeito Zeno oposto foi proposto - o efeito Antisenon. A medição frequente de um núcleo atômico radioativo pode acelerar sua decadência, dependendo do processo.
Resta apenas entender o que é uma "dimensão".
Para medir algo como um átomo radioativo, para observar sobre ele e ler seus parâmetros e propriedades, você precisa interagir de alguma forma com ele para que a informação saia de alguma forma. No processo, as muitas possibilidades do átomo colapsam em um único resultado, que vemos. Mas é esse colapso a causa do efeito Zeno? Ou é possível acelerar ou desacelerar a decadência de um átomo sem levar ao seu colapso em um estado absoluto?
Zeno vs. Antisenon
Tudo isso nos leva de volta a um experimento conduzido pela Universidade de Washington.
Para determinar se a transmissão de informações forçaria o efeito Zeno ou Antisenon, os cientistas usaram um dispositivo que, de muitas maneiras, se comporta como um átomo com múltiplos estados de energia.
Este "átomo artificial" foi capaz de testar a hipótese de como os estados de energia - modos eletromagnéticos - podem influenciar esses efeitos.
“A taxa de decaimento atômico depende da densidade dos possíveis estados de energia, ou modos eletromagnéticos, para uma determinada energia”, diz o pesquisador Keiter Merch. “Para que um átomo decaia, ele deve emitir um fóton em um desses modos. Mais mods significam mais formas de decadência, portanto decadência mais rápida”.
Da mesma forma, menos mods significa menos opções de decomposição, o que explica por que uma panela atômica sob supervisão constante nunca soldará. Merch e sua equipe foram capazes de manipular o número de modos em seu átomo artificial antes de usar medições padrão, verificando seu estado a cada microssegundo e acelerando ou desacelerando sua "decadência".
"Essas medições representam a primeira observação de dois efeitos de Zeno em um sistema quântico unificado", diz Merch.
Para ter certeza de que o fator chave era a observação ou interferência, os cientistas fizeram uma chamada quase-medição, que interfere sem causar o colapso do estado atômico. Ninguém sabia qual seria o resultado.
“Mas os dados coletados durante todo o dia mostraram de forma consistente que as quase-medições produziram efeitos Zeno da mesma forma que as medições convencionais”, diz Merch.
Consequentemente, é a violação do processo de medição, e não a medição direta em si, que leva ao aparecimento dos efeitos Zeno e Antiseno.
Sabendo disso, podemos aplicar novos métodos de controle de sistemas quânticos usando a dinâmica de Zeno.
O que tudo isso significa para o gato do pobre Schrödinger?
“O efeito Zeno diz que, se testarmos o gato, zeraremos o relógio de decadência e salvaremos a vida do gato”, diz o cientista Patrick Harrington. “Mas o truque é que os efeitos de Zeno são sobre violação, não informação, então você nem precisa olhar para a caixa para acioná-los. Os mesmos efeitos ocorrerão se você apenas agitar a caixa."
ILYA KHEL
