Caros Leitores;
(Imagem: © Shutterstock)
O mundo quântico é bastante selvagem, onde o
que parece impossível acontece o tempo todo: objetos Teensy separados por
quilômetros estão ligados uns aos outros, e as partículas podem até estar em
dois lugares ao mesmo tempo. Mas uma das superpotências quânticas mais
desconcertantes é o movimento das partículas através de barreiras aparentemente
impenetráveis.
Agora,
uma equipe de físicos desenvolveu uma maneira simples de medir a duração desse
fenômeno bizarro, chamado tunelamento quântico. E eles descobriram quanto
tempo leva o túnel do início ao fim - a partir do momento em que uma partícula
entra na barreira, faz um túnel e sai do outro lado, eles relataram online em
22 de julho na revista Nature .
Tunelamento
quântico é um fenômeno em que um átomo ou uma partícula subatômica pode aparecer no
lado oposto de uma barreira que deveria ser impossível para a partícula
penetrar. É como se você estivesse caminhando e encontrasse uma parede de
3 metros de altura que se estende até onde a vista alcança. Sem uma escada
ou habilidades de escalada do Homem-Aranha, a parede tornaria impossível para
você continuar.
No
entanto, no mundo quântico, é raro, mas possível, que um átomo ou elétron
simplesmente "apareça" do outro lado, como se um túnel tivesse sido
cavado na parede. "O tunelamento quântico é um dos fenômenos
quânticos mais intrigantes", disse o co-autor do estudo Aephraim
Steinberg, codiretor do Programa de Ciência da Informação Quântica do Instituto
Canadense de Pesquisa Avançada. "E é fantástico que agora possamos
realmente estudá-lo dessa maneira."
O
tunelamento quântico não é novo para os físicos. Ele forma a base de
muitas tecnologias modernas, como chips eletrônicos, chamados de diodos de
túnel, que permitem o movimento da eletricidade em um circuito em uma direção,
mas não na outra. Os microscópios de varredura por tunelamento (STM)
também usam o tunelamento para mostrar literalmente átomos individuais na
superfície de um sólido. Pouco depois que o primeiro STM foi inventado,
pesquisadores da IBM relataram o uso do dispositivo para soletrar
as letras IBM usando 35 átomos de xenônio em um substrato de níquel.
Embora
as leis da mecânica quântica permitam o tunelamento quântico, os pesquisadores
ainda não sabem exatamente o que acontece enquanto uma partícula subatômica
está passando pelo processo de tunelamento. Na verdade, alguns
pesquisadores pensaram que a partícula aparece instantaneamente do outro lado
da barreira, como se tivesse se teletransportado instantaneamente para lá, relatou Sci-News.com .
Todas
as partículas subatômicas têm propriedades magnéticas e quando os ímãs estão em
um campo magnético externo, eles giram como um pião. A quantidade de
rotação (também chamada de precessão) depende de quanto tempo a partícula fica
banhada naquele campo magnético . Sabendo disso, o grupo de
Toronto usou um campo magnético para formar sua barreira. Quando as
partículas estão dentro da barreira, elas sofrem precessão. Fora disso,
eles não fazem. Assim, medir quanto tempo as partículas precessam disse
aos pesquisadores quanto tempo esses átomos levaram para criar um túnel através
da barreira.
"O experimento é uma conquista técnica de
tirar o fôlego", disse Drew Alton, professor de física da Universidade
Augustana, em Dakota do Sul.
Os
pesquisadores prepararam aproximadamente 8.000 átomos de rubídio e os
resfriaram a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto. Os átomos
precisavam estar nessa temperatura, caso contrário, eles teriam se movido
aleatoriamente em altas velocidades, em vez de permanecer em um pequeno
aglomerado. Os cientistas usaram um laser para criar a barreira magnética; eles
focalizaram o laser de modo que a barreira tivesse 1,3 micrômetros (mícrons) de
espessura, ou a espessura de cerca de 2.500 átomos de rubídio. (Então, se
você tivesse 30 centímetros de espessura, da frente para trás, essa barreira
seria o equivalente a cerca de meia milha de espessura.) Usando outro laser, os
cientistas empurraram os átomos de rubídio em direção à barreira,
movendo-os cerca de 0,15 polegadas por segundo (4 milímetros / s).
Como esperado, a maioria dos átomos de rubídio
ricocheteou na barreira. No entanto, devido ao tunelamento quântico, cerca
de 3% dos átomos penetraram na barreira e apareceram no outro lado. Com
base na precessão desses átomos, eles levaram cerca de 0,6 milissegundos para
atravessar a barreira.
Chad Orzel, um professor associado de
física do Union College em Nova York, que não fez parte do estudo, aplaudiu o
experimento, "Seu experimento é engenhosamente construído para dificultar
a interpretação como algo diferente do que eles dizem", disse Orzel ,
autor de " How to Teach Quantum Mechanics to Your Dog "
(Scribner, 2010) É "um dos melhores exemplos que você verá de um
experimento de pensamento tornado real", acrescentou.
Os
experimentos que exploram o tunelamento quântico são difíceis e mais pesquisas
são necessárias para entender as implicações deste estudo. O grupo de
Toronto já está considerando melhorias em seu aparelho não apenas para
determinar a duração do processo de tunelamento, mas também para ver se eles
podem aprender algo sobre a velocidade dos átomos em diferentes pontos dentro
da barreira. "Estamos trabalhando em uma nova medição em que tornamos
a barreira mais espessa e determinamos a quantidade de precessão em diferentes
profundidades", disse Steinberg. "Será muito interessante ver se
a velocidade dos átomos é constante ou não."
Em
muitas interpretações da mecânica quântica, é impossível - mesmo em princípio -
determinar a trajetória de uma partícula subatômica. Essa medição pode
levar a percepções sobre o mundo confuso da teoria quântica. O mundo
quântico é muito diferente do mundo com o qual estamos familiarizados. Experimentos
como esses ajudarão a torná-lo um pouco menos misterioso.
Originalmente
publicado na Live Science.
Fonte: Space.com / Diane Lincoln / 12-08-2020
https://www.space.com/quantum-tunneling-observed-and-measured.html
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de
Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina
(UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
Page:
http://pesqciencias.blogspot.com.br
Page: http://livroseducacionais.blogspot.com.br
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