Depois do gato, o termômetro de Schrodinger

apionid / Flickr

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

Parecida com a 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 objetos quânticos podem ter duas temperaturas diferentes.

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

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

O estudo publicado no dia 6 de junho na Nature Communications mostra que, através dessa nova incerteza quântica, quanto mais precisa for a medição da temperatura do objeto em estudo, menor é a precisão da medição da energia do corpo.

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

A descoberta tem grandes implicações para a nanociência, que estuda objetos extremamente pequenos, mais diminutos que um nanômetro. Este novo princípio altera a maneira como os cientistas medem a temperatura desses pequenos objetos, tão pequenos como pontos quânticos, pequenos semicondutores ou células isoladas.

Mesmo que um típico termômetro mostre a subida e descida da sua energia, ela 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 em uma caixa com um veneno que pode ser ativado pela decaimento de uma partícula radioativa. Seguindo as leis 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 fenômeno conhecido como sobreposição.

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

“No caso quântico, um termômetro quântico estaria em uma sobreposição de estados de energia simultaneamente”, afirmou Harry Miller, um dos pesquisadores da Universidade de Exeter, que desenvolveu o novo princípio.

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

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

O novo estudo pode ajudar os cientistas nos novos projetos, em que é necessário medir as mudanças de temperatura em objetos abaixo da escala nanométrica. “Nossos resultados vão dizer exatamente como projetar suas sondas e explicar a incerteza quântica adicional que se obtém”, conclui Harry Miller.

Ciberia // ZAP

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