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

À primeira vista, um aglomerado microscópico de sódio parece apenas mais um pedacinho de metal. Mas, num novo recorde, este nanopartícula tornou-se o maior objecto alguma vez observado a comportar-se como uma onda - ultrapassando marcas anteriores por milhares de átomos.

A mecânica quântica descreve as partículas em termos de ondas, o que implica que toda a matéria pode existir numa mistura de vários estados possíveis ao mesmo tempo - uma “superposição” - até ser medida.

Embora isto seja mais evidente à escala subatómica de electrões e fotões, tudo - de átomos a humanos, a galáxias e além - existe, em teoria, em superposições. Observá-lo em escalas cada vez maiores, no entanto, é difícil (se não mesmo potencialmente impossível).

Num novo estudo, investigadores da Universidade de Viena, na Áustria, e da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha, relatam um dos maiores objectos observados em superposição. A partícula media cerca de 8 nanómetros de diâmetro e, com mais de 170.000 unidades de massa atómica (u), era mais massiva do que muitas proteínas.

A experiência mostra que até nanopartículas de sódio - cada uma com milhares de átomos individuais - continuam a obedecer às regras da mecânica quântica, apesar do seu tamanho relativamente enorme.

“Intuitivamente, seria de esperar que um aglomerado de metal tão grande se comportasse como uma partícula clássica”, diz 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 nesta escala e não exige modelos alternativos.”

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

Depois de uma rede inicial encaminhar as partículas por pequenas aberturas, elas seguiram adiante como ondas com comprimentos entre 10 e 22 femtómetros (10^-15 m). Isto colocou-as numa superposição de trajectórias possíveis através do dispositivo, que a equipa conseguiu detectar com outra rede no fim do percurso.

Este resultado sugere que a posição das partículas não fica definida durante a parte da viagem em que não são observadas. As partículas exibiram um efeito de “deslocalização” muitas vezes maior do que o tamanho de qualquer partícula individual.

Em escalas maiores, a matéria tende a tornar-se complexa demais e a ficar demasiado emaranhada com o ambiente para que superposições individuais sejam distinguíveis. Conhecido como descoerência quântica, este colapso de uma superposição para uma posição definível pode explicar porque não observamos a mecânica quântica em sistemas macroscópicos.

Ainda assim, não existe um limite de tamanho bem definido para a mecânica quântica e, como este novo estudo ilustra, talvez não estejamos tão afastados dela quanto pensamos.

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

O estudo foi publicado na Nature.