“Superposições”: A Estranheza Cósmica da Mecânica Quântica

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“Superposições”: A Estranheza Cósmica da Mecânica Quântica
Crédito da imagem: depositphotos

“Se a mecânica quântica não o chocou profundamente, você ainda não a entendeu”, disse o físico Niels Bohr. Quanto mais nos aprofundamos na estranheza cósmica da mecânica quântica, mais estranho o mundo se torna.

Um estado de superposição quântica é estar em mais de um lugar, ou mais de um estado, ao mesmo tempo – um único evento pode estar acontecendo aqui e ali, ou hoje e amanhã.

O grande físico teórico da Caltech, ganhador do Prêmio Nobel, Richard Feynman, gostava de observar que o “paradoxo” da mecânica quântica é apenas um conflito entre a realidade e seu sentimento de como a realidade “deveria ser”.

Ela questiona nossa própria compreensão do espaço e do tempo

A mecânica quântica, que descreve o comportamento das partículas subatômicas, desafia o bom senso. As ondas se comportam como partículas; partículas se comportam como ondas. É como “dar uma olhada nas cartas de Deus”, disse o físico italiano Giancarlo Ghirardi.

As superposições, no entanto, são difíceis de criar, dizem os cientistas da EPFL, MIT e CEA Saclay, “visto que são destruídas se qualquer tipo de informação sobre o local e a hora do evento vazar para o ambiente – e mesmo se ninguém realmente registrar essas informações. Mas quando as superposições ocorrem, elas levam a observações que são muito diferentes daquelas da física clássica, questionando nossa própria compreensão de espaço e tempo”.

Uma nova pesquisa da equipe internacional usando um pulso de laser muito curto para disparar um padrão específico de vibração dentro de um cristal de diamante demonstra um estado de vibração que existe simultaneamente em dois momentos diferentes e evidencia essa superposição quântica medindo a classe mais forte de correlações quânticas entre feixes de luz que interagem com a vibração.

O Experimento – Clássico vs Quantum

Em seu experimento, eles relataram que “cada par de átomos vizinhos oscilava como duas massas ligadas por uma mola, e essa oscilação era síncrona em toda a região iluminada. Para conservar energia durante este processo, uma luz de uma nova cor é emitida, deslocada para o vermelho do espectro”.

Esta imagem clássica, entretanto, é inconsistente com os experimentos. Em vez disso, tanto a luz quanto a vibração devem ser descritas como partículas, ou quanta: a energia da luz é quantizada em fótons discretos, enquanto a energia vibracional é quantizada em fônons discretos (em homenagem ao grego antigo “foto = luz” e “fono = som”).

O processo descrito acima relata a Ecole Polytechniqe Federale de Lausanne, “deve, portanto, ser visto como a fissão de um fóton proveniente do laser em um par de fóton e fônon – semelhante à fissão nuclear de um átomo em duas partes menores. Mas não é a única deficiência da física clássica. Na mecânica quântica, as partículas podem existir em um estado de superposição, como o famoso gato de Schrödinger estando vivo e morto ao mesmo tempo”.

Ainda mais contra-intuitivo

Ainda mais contra-intuitivo apoiar a observação de Feynman de uma realidade quântica: duas partículas podem ficar emaranhadas, perdendo sua individualidade. A única informação que pode ser coletada sobre elas diz respeito às suas correlações comuns. Como as duas partículas são descritas por um estado comum (a função de onda), essas correlações são mais fortes do que é possível na física clássica. Isso pode ser demonstrado realizando medições apropriadas nas duas partículas. Se os resultados violarem um limite clássico, pode-se ter certeza de que foram emaranhadas.

Luz e vibração emaranhadas

No novo estudo, os pesquisadores da EPFL conseguiram enredar o fóton e o fônon (ou seja, luz e vibração) produzidos na fissão de um fóton de laser que entra no cristal. Para fazer isso, os cientistas desenvolveram um experimento no qual o par fóton-fônon poderia ser criado em dois instantes diferentes. Classicamente, isso resultaria em uma situação em que o par é criado no momento t1 com 50% de probabilidade, ou em um momento posterior t2 com 50% de probabilidade.

“O Truque” – Liga nossa realidade diária à mecânica quântica

Mas aí vem o “truque” dos pesquisadores para gerar um estado emaranhado. Por um arranjo preciso do experimento, eles garantiram que nem mesmo o menor traço do tempo de criação do par luz-vibração (t1 vs. t2) fosse deixado no universo. Em outras palavras, eles apagaram informações sobre t1 e t2. A mecânica quântica então prevê que o par fônon-fóton se torna emaranhado e existe em uma superposição de tempo t1 e t2. Essa previsão foi belamente confirmada pelas medições, que produziram resultados incompatíveis com a teoria probabilística clássica.

Ao mostrar o emaranhamento entre luz e vibração em um cristal que alguém poderia segurar em seu dedo durante o experimento, o novo estudo cria uma ponte entre nossa experiência diária e o domínio fascinante da mecânica quântica.

(Fonte)


A mecânica quântica nos mostra que algo assombroso como a mágica realmente existe no mundo real. Só há poucas décadas ela está sendo descoberta pelos cientistas.

n3m3

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