Aglomerado microscópico de sódio torna-se o maior objecto alguma vez observado como onda

Um minúsculo aglomerado de sódio passou a ser o maior objecto já observado a comportar-se como uma onda, superando os anteriores recordes em milhares de átomos.

Na física quântica, as partículas são descritas através de ondas, o que, na prática, implica que toda a matéria existe simultaneamente numa mistura de vários estados possíveis - uma superposição - até ao momento em que é medida.

Este comportamento é mais evidente à escala subatómica, como no caso de electrões e fotões, mas, pelo menos em teoria, tudo - de átomos a seres humanos, galáxias e muito mais - também existe em superposições. Demonstrar isso em escalas cada vez maiores é difícil (e talvez até potencialmente impossível).

Nanopartículas de sódio em superposição: um novo marco experimental

Num novo estudo, cientistas da Universidade de Viena, na Áustria, e da Universidade de Duisburgo-Essen, na Alemanha, descrevem um dos maiores objectos observados em superposição. A partícula tinha cerca de 8 nanómetros de diâmetro e, com mais de 170 000 unidades de massa atómica, era mais massiva do que muitas proteínas.

A experiência indica que até nanopartículas de sódio - cada uma composta por milhares de átomos individuais - obedecem às regras da mecânica quântica, apesar do seu tamanho relativamente enorme.

"Intuitivamente, seria de esperar que um pedaço de metal tão grande se comportasse como uma partícula clássica", afirma o autor principal Sebastian Pedalino, estudante de pós-graduação na Universidade de Viena.

"O facto de ainda assim interferir mostra que a mecânica quântica é válida mesmo a esta escala e não exige modelos alternativos."

Como o interferómetro revelou o comportamento ondulatório

Os investigadores fizeram passar as partículas super-arrefecidas por um interferómetro que incluía uma sequência de redes de difracção geradas por lasers ultravioleta.

Depois de uma rede inicial orientar as partículas através de pequenos intervalos, estas prosseguiram sob a forma de ondas com comprimentos entre 10 e 22 quadrilionésimos de metro. Isso colocou-as numa superposição de trajectórias possíveis dentro do dispositivo, algo que os cientistas conseguiram detectar com outra rede no final do percurso.

O resultado sugere que a posição das partículas não fica fixa durante a parte da viagem em que não são observadas. As partículas evidenciaram um efeito de "deslocalização" muitas vezes superior ao tamanho de cada partícula individual.

O papel da decoerência quântica em escalas maiores

Em dimensões maiores, a matéria tende a tornar-se complexa demais e a ficar demasiado emaranhada com o ambiente para que superposições individuais sejam distinguíveis. Este fenómeno, conhecido como decoerência quântica, em que uma superposição “colapsa” para uma posição definível, pode explicar por que motivo não observamos a mecânica quântica em sistemas macroscópicos.

Ainda assim, não existe um limite de tamanho definido para a mecânica quântica e, como este estudo mostra, talvez não estejamos tão afastados dela quanto poderíamos imaginar.

Como trabalhos anteriores já sugeriram, é possível que as diferentes possibilidades representadas pela superposição quântica sejam todas igualmente válidas - e que, em vez de colapsarem numa única realidade, se ramifiquem para formar um multiverso de possibilidades.

O estudo foi publicado na revista Nature.