O efeito quântico do "Anjo que chora" congela átomos no tempo

O famoso paradoxo do gato de Schrödinger demonstra que um gato quântico selado em uma caixa está vivo e morto ao mesmo tempo até que olhamos para dentro, nesse momento, ele se torna ou vivo ou morto, pois a função de onda se colapsa. Esta é a estranheza da mecânica quântica. Mas se um mero ato de observação determina o resultado de um experimento, o que acontece se nós nunca desviarmos o olhar? Resposta: o tempo pára efetivamente!

Essa é a conclusão de um novo estudo aceito para publicação na revista Physical Review Letters. Físicos da Universidade de Cornell construíram um experimento elaborado para demonstrar que fazendo uma série de medições rápidas de átomos - o equivalente a olhar para o sistema sem piscar - essencialmente congela a matéria no lugar. É um pouco como um os Anjos que choram do Doctor Who 's, essas estátuas assustadoras que são ditas como "bloqueadas quanticamente": elas só podem se mover quando não estão sendo observadas diretamente.

Esta é a versão quântica de um dos paradoxos de Zenão, proposto pela primeira vez por um antigo filósofo grego chamado Zenão de Elea, que gostava de mexer com suposições das pessoas. Pense nisso desta maneira. Para que um anjo que chora se desloque de um ponto a outro, ele deve primeiro atravessar metade da distância até esse ponto. Mas para alcançar essa marca no meio do caminho, deve primeiro passar metade da distância e em seguida metade da distância de meia distância e assim por diante, ad infinitum. Zenão concluiu que isto "provou" que o anjo nunca poderia ir do ponto A ao ponto B, e, portanto, o movimento seria impossível.

Às vezes as experiências de pensamento são melhores no Reino do abstrato filosófico. Por conta disso é possível que o anjo que chora se mova de A para B (e em seguida apagar alguns pobres coitados que estão voltando no tempo, alimentando e roubado sua "energia potencial").

Mas, no mundo subatômico, onde a mecânica quântica reina suprema, algo muito semelhante a este paradoxo realmente ocorre. Uma fatia de tempo em pequenos acréscimos suficientes, está tudo realmente congelamento no lugar. Ele é conhecido como o Efeito Quântico de Zenão.

Vamos rever brevemente os conceitos básicos do gato de Schroedinger, cortesia de Sheldon Cooper em  The Big Bang Theory:

É o decaimento de átomos radioativos que importa aqui, uma vez que é o que provoca a liberação do veneno - ou não. Existem dois estados possíveis: A (os átomos não são deteriorado) e B (os átomos são deteriorados). Se nós nunca olharmos dentro da caixa, a medida que o tempo passa, uma superposição de ambos os Estados A e B irão surgir. Só quando olhamos para dentro que essa superposição estranha cai em A ou B.

Em 1977, os físicos sugeriram que, se você não parasse de olhar na caixa continuamente, por assim dizer - ou seja, feitas medições em intervalos tão curtos quanto se você estivesse fazendo essencialmente uma medição contínua - não haveria decadência, pois o sistema não tem tempo para evoluir para uma superposição. Em vez disso, ele mantém um colapso e volta ao seu estado original. Como Esther Inglis-Arkell escreveu a dois anos atrás:

Vamos dizer  é muito provável que que um átomo tenha deteriorado após três segundos, mas muito improvável que tenha deteriorado depois de um. Verifique ele depois de três segundos, e provavelmente ele vai ter se deteriorado. Mas ... confira três vezes em intervalos de um segundo, e ele provavelmente não terá se deteriorado. Se você verificar isso toda vez, ele vai voltar ao seu estado medido "original", e o relógio vai começar de novo.

Então, um pote quântico observado, nunca ferverá. E um anjo que chora, quando observado, não poderá se mover.

Não é apenas teória. O experimento Cornell é apenas o mais recente em uma série de experimentos, desde então, confirmando que o Efeito Zenão Quântico realmente acontece. (Há também um "efeito anti-Zenão", em que olhando para o pote quântico, metaforicamente leva-o a ferver mais rapidamente - este também confirmou experimentalmente)

A equipe da Cornell usou lasers para interceptar um gás de rubídio refrigerado a temperaturas super frias em uma estrutura de luz. Graças às peculiaridades da mecânica quântica, a cada momento, um átomo consegue "tunelar" para fora da armadilha. Mas quando os átomos são repetidamente são eletrizados com pulsos de laser em intervalos cada vez mais curtos - o equivalente de olhar dentro da caixa de Schrödinger de novo e de novo e de novo - eles descobriram o que torna mais difícil para os átomos presos para fora do túnel. Quando os intervalos tornar-se curtos o suficiente, os átomos fazem como um anjo que chora  e são efetivamente congelado no lugar.

Não é uma analogia exata, claro, uma vez que os anjos são ficção científica, mas veio a calhar:

Em [Doctor Who], existe algo sobre observação consciente que faz este trabalho; os fótons ricocheteando os anjos tem que pousar em alguém que esteja os olhando para congelá-los no lugar. Na realidade, porém (extrapolando generosamente a partir desta experiência), tal criatura só podia mover-se em completa escuridão, ou talvez apenas em certos comprimentos de onda de luz. Para estes átomos, não é a foto que eles congelam no lugar, é o flash da câmera.

Então lembre-se: Não pisque! Especialmente se você for uma nuvem de átomos de rubídio.

Referências:

1. Escher, M.; Gutiérrez-Medina, B.; Raizen, M. (2001) “Observation of the Quantum Zeno and Anti-Zeno Effects in an Unstable System,” Physical Review Letters 87 (4): 040402
2. Patil, Y.S.; Chakram, S.; and Vengalattore, M. (2015) “Quantum control by imaging: the Zeno effect in an ultra cold lattice gas,” Physical Review Letters, Preprint.
3. Sudarshan, E.C.G. and Misra, B. (1977) “The Zeno’s paradox in quantum theory,” Journal of Mathematical Physics 18(4): 756-763

Traduzido e adaptado de Gizmodo