1042: Depois do gato, o termómetro de Schrodinger

CIÊNCIA

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O Gato de Schrödinger, que está vivo e morto enquanto está dentro da caixa, é um dos paradigmas da Mecânica Quântica

À semelhança da teoria do gato de Schrodinger, em que o gato dentro da caixa pode estar ao mesmo tempo vivo e morto, um novo princípio de incerteza sustenta que os objectos quânticos podem estar a duas temperaturas diferentes.

A famosa experiência do gato de Schrodinger, que implicava que um gato numa caixa poderia estar vivo e morto ao mesmo tempo, ganhou um novo parceiro na lista dos fenómenos bizarros da mecânica quântica.

Físicos da Universidade de Exeter, em Inglaterra, descobriram que poderá existir um limbo semelhante ao gato na temperatura: a nível quântico, os objectos podem apresentar duas temperaturas diferentes. Este paradoxo quântico é a primeira nova relação de incerteza quântica a ser formulada em décadas.

O estudo publicado a 6 de Junho na Nature Communications mostra que, através desta nova incerteza quântica, quanto mais precisa for a medição da temperatura do objecto em estudo, menor é a precisão da medição da energia do corpo.

Esta é na prática uma nova aplicação do primeiro dos Princípios da Incerteza de Heisenberg, segundo o qual, na escala dos objectos quânticos, não se consegue medir com igual rigor a posição e a velocidade de um dado corpo.

A descoberta tem grandes implicações para a nano-ciência, que estuda objectos extremamente pequenos, mais diminutos que um nanómetro. Este novo princípio altera a maneira como os cientistas medem a temperatura destes pequenos objectos, tão pequenos como pontos quânticos, pequenos semi-condutores ou células isoladas.

Mesmo que um típico termómetro mostre a subida e descida da sua energia, a energia é sempre contida dentro de uma faixa pequena. A nível quântico, isso já não acontece como mostrou a pesquisa inspirada no gato de Schrodinger.

Na teoria de Schrodinger, é proposto que um gato entre numa caixa com um veneno que pode ser activado pela decaimento de uma partícula radioactiva. Seguindo as leias da mecânica quântica, a partícula pode decair e não decair ao mesmo tempo, o que significa que, até a caixa ser aberta, o gato permanece morto e vivo ao mesmo tempo – um fenómeno conhecido como sobreposição.

Nesta nova pesquisa, os cientistas usaram a matemática teórica para prever quanta sobreposição afectaria a medição da temperatura de um objecto quântico.

“No caso quântico, um termómetro quântico estará numa sobreposição de estados de energia simultaneamente”, afirmou Harry Miller, um dos investigadores da Universidade de Exeter que desenvolveu o novo princípio.

“O que descobrimos é que o termómetro não tem uma energia definida e está na verdade, numa combinação de diferentes estados de uma só vez, o que contribui para a incerteza na temperatura que podemos definir”, revelou.

No mundo observável, um termómetro pode dizer-nos que um dado objecto se encontra entre os -0,5ºC e os 0ºC. No mundo quântico, o termómetro diz-nos que o objecto está em ambas as temperaturas ao mesmo tempo. Este novo principio quântico explica a estranheza quântica registada.

O novo estudo pode ajudar os cientistas nos novos projectos em que é necessário medir as mudanças de temperatura em objectos abaixo da escala nanométrica. “Os nossos resultados vão dizer exactamente como projectar as suas sondas e explicar a incerteza quântica adicional que se obtém”, conclui Harry Miller.

ZAP // Live Science

Por ZAP
19 Setembro, 2018

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