ARLA/CLUSTER: Estudo publicado na Nature: tunelamento quântico pode ser mais rápido que a velocidade da luz

[João Costa > CT1FBF]

Uma equipe de físicos da Universidade Griffith e da Universidade
Nacional da Austrália mediu quanto tempo dura um processo conhecido
como tunelamento quântico.

No passado, houve um debate sobre se tal fenómeno seria instantâneo –
o que significaria que é mais rápido que a velocidade da luz.
Aparentemente, é isso mesmo.

O que é tunelamento quântico?

Se você jogar uma bola contra uma parede, ela vai voltar para você.
Isso é física clássica. No mundo da física quântica, no entanto, tudo
é muito mais complicado. Se você lançar uma partícula contra uma
parede, ela pode voltar para você, ou pode de repente atravessá-la e
aparecer do outro lado, graças a um fenómeno conhecido como
tunelamento quântico.

O tunelamento é resultado de uma probabilidade estatística matemática
aleatória. Digamos, por exemplo, que você esteja mapeando a
probabilidade de onde uma partícula vai parar depois de jogá-la contra
uma parede. É extremamente alta a chance de que rebaterá e se afastará
da parede. No mundo quântico, porém, nunca podemos ter 100% de certeza
de nada. Há uma pequena chance de que a partícula ignore a parede e
continue sua jornada para o outro lado.

Embora pareça ficção científica, o tunelamento quântico é um processo
bem documentado que ocorre quotidianamente, por exemplo, em
microscópios electrónicos e em transístores. Partículas elementares
como os eléctron são conhecidos por “tunelar” em seus átomos
regularmente, o que é um fator-chave por trás do chamado decaimento
radioativo.

É ou não é instantâneo?

Um dos mistérios em torno do fenómeno, contudo, é quanto tempo leva
para uma partícula atingir um túnel quântico através de uma barreira.

Alguns cientistas acreditam que isso acontece instantaneamente, mas
tal coisa significaria que a partícula viaja mais rápido que a
velocidade da luz e pode violar o princípio da causalidade.

Para tentar medir o tempo do tunelamento, os pesquisadores explodiram
átomos de hidrogénio com um laser intenso que dispara 1.000 pulsos de
luz por segundo. A ideia é que isso estabeleça as condições corretas
para que o elétron escape do átomo, permitindo que a equipe meça com
precisão a duração do tunelamento.

O resultado? O tunelamento quântico parece acontecer instantaneamente
– ou pelo menos, tão incrivelmente rápido que é essencialmente
instantâneo. Segundo os pesquisadores, são necessários menos de 1,8
atossegundos, o que representa um bilionésimo de um bilionésimo de
segundo.

Ressalvas

Embora estudos anteriores que mediram o tempo de tunelamento tenham
visto resultados mais longos – por exemplo, em 2017, pesquisadores do
Instituto Max Planck (Alemanha) descobriram que o tunelamento quântico
leva até 180 atossegundos -, a equipe por trás da nova pesquisa diz
que sua experiência é mais simples e por isso menos propensa a erros.

No estudo do Max Planck, por exemplo, a equipe usou átomos de crípton
e argônio, que são muito mais complexos que o hidrogénio, que tem
apenas um elétron.

“Testes anteriores usaram átomos mais complicados, contendo vários ou
muitos elétrons”, disse Igor Litvinyuk, um dos autores do novo estudo.
“Para explicar a interação entre os diferentes elétrons, eles usaram
diferentes modelos aproximados. E, desses modelos, eles extraíram os
tempos. Nosso modelo não usou aproximações porque não precisávamos nos
preocupar com as interações elétron-elétron”.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na prestigiosa revista
científica Nature.

Fonte:[NewAtlas]