1776: O tunelamento quântico é tão rápido que pode mesmo ser instantâneo

(dr) Griffith University

Entre as várias características da mecânica quântica encontramos o fenómeno conhecido como tunelamento quântico, em que uma partícula subatómica supera uma barreira que seria intransponível em outros tipos de física. Esse fenómeno é tão rápido que pode ser instantâneo.

Um objecto a passar por uma parede sólida é uma das analogias que os estudantes de física ouvem nas aulas para aprenderem como funciona este fenómeno da mecânica quântica. No entanto, o tempo que esse processo leva até ser concluído sempre foi um mistério.

Um estudo recente, publicado na revista científica Nature, estabeleceu um limite superior no tempo, tão curto que o processo poderia até ser instantâneo – e, nesse caso, as partículas excederiam a velocidade da luz.

O tunelamento acontece tão rápido que é muito difícil medir a sua duração. Para tentar desvendar esse mistério, investigadores usaram recentemente átomos mais pesados para realizar medições confiáveis e chegar, finalmente, a uma conclusão esclarecedora.

Igor Litvinyuk, da Universidade Griffith, na Austrália, explicou que a instalação australiana Attosecond Science Facility é o único lugar no mundo com os três tipos de equipamentos necessários para medir o tempo que os electrões demoram desde o encolhimento dos átomos de hidrogénio.

Após a experiência, o cientista reuniu dados para assegurar que o processo não demora mais do que 1,8 attosegundos – sendo que um attosegundo é 10-18.

“É difícil avaliar o quão curto este tempo é, mas é preciso um electrão de cerca de 100 attosegundos para orbitar um núcleo num átomo”, explicou o co-autor do artigo científico, Robert Sang.

O tempo de tunelamento estabelece um limite para a velocidade com que os transístores poderiam, teoricamente, mudar. Por outras palavras, ter um tempo tão curto torna os computadores ultra-rápidos mais realistas.

O valor de Litvinyuk e Sang é um tecto, e os cientistas estão abertos à possibilidade de o tunelamento ser instantâneo. Se assim for, o electrão estaria a viajar uma distância em tempo zero, excedendo a velocidade da luz. A equipa não põe de lado essa hipótese, uma vez que “isto é a física quântica” e o impossível pode mesmo acontecer.

Apesar de o trabalho de Litvinyuk não colocar grandes distorções à teoria da relatividade, este novo estudo pode ter muito para nos ensinar sobre física quântica.

ZAP //

Por ZAP
29 Março, 2019

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686: Os buracos negros podem ser dois wormholes que colidiram

 

Embora este tema já tivesse sido publicado AQUI, penso que este é mais completo, por isso a sua repetição.

(dr) The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

Quando dois wormholes colidem, são criadas ondulações no espaço-tempo. Esses ecos gravitacionais poderiam ser detectados por instrumentos futuros, fornecendo evidências de que essa hipotética colisão através do espaço-tempo existe mesmo.

O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO) detectou recentemente ondulações no espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais, uma descoberta que valeu aos cientistas o Prémio Nobel da Física em 2017. Essas ondas são provenientes da fusão de buracos negros, acreditam os especialistas.

No entanto, embora essa detecção sustente a existência de buracos negros, esses objectos apresentam ainda muitos problemas teóricos. Um deles relaciona-se com o facto de parecerem inconsistentes com as leis da mecânica quântica.

Uma das principais características dos buracos negros é o seu horizonte de eventos, uma região do espaço-tempo além da qual nada pode escapar – nem mesmo a luz. Aliás, é por este motivo que se atirarmos algum objecto para um buraco negro, esse objecto desaparece.

Stephen Hawking descobriu que, graças ao tunelamento quântico, os buracos negros podem na verdade produzir um pouco de radiação, algo que ficou conhecido como “radiação Hawking“. Contudo, o que sai do buraco negro é completamente aleatório, isto é, não contém nenhuma pista sobre o que entrou nele anteriormente.

A mecânica quântica funciona de uma forma muito pragmática: se sabemos tudo sobre um sistema particular, devemos também ser capazes de descrever o seu passado e o seu futuro. Assim, um horizonte de eventos do qual nada sabemos não combina com a mecânica quântica.

Para resolver este paradoxo, alguns físicos sugeriram que os horizontes de eventos não existem. Em vez de abismos dos quais nada retorna, os buracos negros podem ser objectos especulativos que não têm horizontes de eventos, como as estrelas de bósons ou os wormholes.

Sai buraco negro, entra wormhole

No recente estudo, publicado na revista científica Physical Review D, físicos belgas e espanhóis levantaram a hipótese de que se dois wormholes colidissem, produziriam ondas gravitacionais muito semelhantes às que são geradas pela fusão de buracos negros.

A única diferença seria na última fase da fusão, chamada de ringdown, quando o buraco negro ou os wormholes recém-combinados relaxam no seu estado final. Como os wormholes não têm horizontes de eventos, as ondas gravitacionais poderiam ser recuperadas, produzindo um eco durante o ringdown.

“O interior do objecto é uma espécie de cavidade onde as ondas gravitacionais são reflectidas. A produção de ecos gravitacionais não é muito diferente de ecos sonoros num vale, por exemplo”, explicaram os investigadores ao Live Science.

O problema é que, como a força do sinal cai durante o ringdown, torna-se muito fraco para a configuração atual do LIGO conseguir detectar. No entanto, este panorama pode mudar no futuro, uma vez que os cientistas continuam a actualizar-se, ajustando o instrumento.

A verdade é que, actualmente, os wormholes são menos um facto científico e mais ficção científica. Aliás, eles são comummente descritos em filmes e livros como uma espécie de “estrada intergaláctica“.

No entanto, para que se possa atravessar os wormholes, precisaríamos de alguma matéria exótica desconhecida de forma a mantê-los abertos. Por esse motivo é que se mantêm hipotéticos, pelo menos para já. Além disso, as repercussões de uma detecção de ecos gravitacionais potencialmente provenientes de wormholes seriam dramáticas para a física.

Mas os cientistas mantêm a mente aberta e acreditam que vale a pena explorar essa possibilidade. “Está na altura de levar a sério a possibilidade de existirem outros objectos que podem ser tão maciços e compactos quanto os buracos negros”, afirma o físico português Vitor Cardoso, que já estudou wormholes.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
24 Junho, 2018

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