Antes de ser observado, um elétron é uma mistura quente de possibilidades. Assim como o gato metafórico de Schrödinger, um elétron só é revelado quando levantamos a tampa da caixa metafórica e o observamos de perto para que se estabeleça em uma posição clara em torno de um átomo.
Agora, vimos mais de perto exatamente como esse posicionamento acontece. Ao tirar uma série de fotos de um íon de estrôncio mantido em um campo elétrico, uma equipe de físicos da Suécia, Alemanha e Espanha descobriu que a transição de um elétron do ‘talvez’ para a ‘realidade’ não é um caso de tudo ou nada.
Durante a maior parte do último século, ficou bastante claro que o Universo que experimentamos em nossas vidas diárias não é exatamente como o que vemos quando tentamos examiná-lo de perto.
Uma conseqüência extraordinária da estranheza no coração da física é que os objetos só podem ser descritos usando conjuntos de probabilidades chamadas superposições – até que possamos cutucá-las com sondas e bombardeá-las com luz para determinar com certeza seu tamanho e natureza.
No nosso mundo clássico dos absolutos, isso é difícil de imaginar. Até o famoso físico Erwin Schrödinger zombou da ideia quando a ouviu pela primeira vez, propondo um experimento mental envolvendo um gato imaginário que estava ao mesmo tempo vivo e morto até a gente olhar.
Somente abrindo a caixa e observando a vida potencial do gato é mantida ou extinta, pelo menos aos olhos do observador.
Schrödinger achou um pensamento bobo, assim como Einstein, mas desde então tem sido demonstrado repetidamente que esse gato metafórico é realmente uma descrição precisa da maneira como a física funciona.
Uma questão que resta é se existe uma medida quântica ideal, que possa medir aspectos de um sistema sem causar toda a sua superposição em uma resposta final.
Na década de 1940, o matemático americano-húngaro John von Neumann imaginou que medir uma parte de um sistema quântico – como a posição de um elétron em uma órbita – criaria ruído quântico suficiente para abrir mão de sua natureza probabilística.
Anos mais tarde, um físico teórico alemão chamado Gerhart Lüders contestou as suposições de von Neumann, apontando que algumas qualidades indecisas das possibilidades de uma partícula poderiam permanecer, mesmo enquanto outras se tornavam claras.
Embora os físicos tenham concordado com Lüders em teoria, não é a coisa mais fácil de demonstrar experimentalmente, baseando-se em medir certas ações que ocorrem naturalmente de uma maneira que não interfiram entre si.
Os pesquisadores se estabeleceram em um átomo de estrôncio com elétrons ausentes, aprisionando o íon de uma maneira que deixa claro em qual das duas órbitas os elétrons restantes estão, deixando-os em uma mancha de ambos.
É mais ou menos a mesma configuração usada em muitos computadores quânticos. Um laser força então a superposição de elétrons no íon a se mover, com a potencial mudança de órbita confirmada pela detecção da luz emitida quando o elétron volta ao seu lugar.
Somente na detecção da luz podemos considerar a posição absoluta do elétron como travada no lugar.
“Toda vez que medirmos a órbita do elétron, a resposta da medição será que o elétron estava em uma órbita inferior ou superior, nunca em algo intermediário”, diz Fabian Pokorny, físico da Universidade de Estocolmo.
“A medida, em certo sentido, força o elétron a decidir em qual dos dois estados está.”
A captura de vários fótons à medida que o íon estrôncio é rotacionado em diferentes estados com lasers separados forneceu à equipe uma imagem da evolução do processo, ocorrida ao longo de um milionésimo de segundo.
Eles descobriram que a transição do sistema quântico de talvez para realmente não é um caso absoluto. Aspectos dele podem ser medidos, como o local de repouso final do elétron, deixando algumas características de sua superposição intocadas e indecisas. Assim como Lüders havia argumentado.
“Essas descobertas lançam uma nova luz sobre o funcionamento interno da natureza e são consistentes com as previsões da física quântica moderna”, diz o pesquisador Markus Hennrich, também físico da Universidade de Estocolmo.
Além disso, essa mudança não é instantânea. Ao tirar instantâneos do átomo quando um de seus elétrons adota uma órbita clara, a equipe mostrou que a mudança é desdobrável, como se a transição da incerteza completa para uma órbita específica fosse uma questão de probabilidade crescente, em vez de uma decisão repentina.
Este não é o primeiro experimento a mostrar como os saltos quânticos na possibilidade de um elétron são um processo que se desenrola como “a erupção de um vulcão”, em vez de um interruptor. Mas adiciona alguns detalhes interessantes à maneira como essa alteração ocorre, que permite tais medições ideais.
Infelizmente, nada disso nos diz o que significa uma transição de possibilidades quânticas para uma medida clara no grande esquema das coisas, quanto mais pensar no pobre gato de Schrödinger enquanto espera pacientemente na escuridão.
Tudo o que sabemos é que levantar a tampa do pobre animal não o tira completamente de seu mistério. Mesmo que arrisque uma morte mais lenta do que von Neumann poderia ter imaginado.
Publicado em 01/03/2020 08h23
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