Equipe Internacional Liderada Por Físicos Brasileiros Confirma Seta do Tempo no Reino Quântico
Olá leitor!
Segue abaixo uma matéria postada ontem (04/10) no site
“Inovação Tecnológica”, destacando que Seta do Tempo é confirmada no Reino Quântico por equipe internacional liderada por físicos brasileiros.
Duda Falcão
ESPAÇO
Seta do Tempo é Confirmada no Reino Quântico
Com informações da Agência Fapesp
04/12/2015
[Imagem: APS/Alan Stonebraker]
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Experimento pioneiro afirma ter detectado a seta
do tempo
em experimentos quânticos.
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Uma equipe
internacional, liderada por físicos brasileiros, afirma ter demonstrado pela
primeira vez a irreversibilidade da seta do tempo em um sistema quântico
microscópico.
As propriedades da seta do tempo -
o tempo nunca anda para trás - e do aumento da entropia - a
crescente desorganização de um sistema físico - já foram testadas e confirmadas
pelos físicos em diversos ambientes e situações, mas sempre em circunstâncias
macroscópicas.
Já no mundo
microscópico, a emergência da irreversibilidade do tempo intriga os físicos
porque as leis da mecânica quântica não têm um sentido preferencial, ou seja,
não distinguem ir do passado para o futuro ou retornar do futuro para o passado
- por exemplo, no mundo quântico, o futuro
afeta o passado.
Ainda que os
físicos não tenham nenhuma teoria sobre o que seja fundamentalmente o tempo,
essa aparente incompatibilidade entre uma direção preferencial do tempo e a
leis microscópicas da Física tem gerado muitos debates ao longo de décadas e
promete gerar muitos mais a partir deste novo experimento.
[Imagem: T. B. Batalhão et al. -
10.1103/PhysRevLett.115.190601]
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Esquema do experimento, que foi realizado nos
laboratórios do
Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de
Janeiro.
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Seta Quântica do Tempo
A equipe da Universidade Federal do ABC (UFABC)
estudou o comportamento do spin (propriedade similar aos pólos magnéticos de um
ímã) do núcleo de um único átomo, um isótopo carbono 13 em uma molécula de
clorofórmio.
Depois de resfriados a alguns bilionésimos de
grau acima do zero absoluto, os núcleos dos átomos de carbono foram submetidos
a um pulso de radiofrequência, cuja intensidade é modulada no tempo a uma
frequência de 125 MHz - pouco acima das ondas de rádio FM. "A temperatura
do nosso sistema é conhecida como temperatura de spin, e o sistema permanece
nesse estado por algumas frações de segundo durante o experimento,"
explica o professor Roberto Menezes Serra.
Quando os spins dos núcleos interagem com as
ondas de rádio - cuja intensidade aumenta no tempo - eles mudam de estado,
aumentando sua energia interna. Esse aumento acontece rapidamente, fazendo com
que parte da energia absorvida pelos spins se apresente de forma desorganizada,
como se os spins "tremessem".
Quando o pulso de radiofrequência é desligado,
parte da energia absorvida pelos núcleos de carbono (aquela na forma
desorganizada) precisa ser dissipada no meio ambiente na forma de calor. Quando
isso acontece, o sistema volta ao estado original, chamado de equilíbrio
térmico.
Para revelar a seta do tempo, a estratégia do
experimento foi ligar e desligar as ondas de radiofrequência num ritmo
alucinante, na ordem dos milésimos de segundo. "Fizemos esse processo tão
rápido que não dava tempo para o sistema trocar energia (calor) com o meio
ambiente," explica Roberto.
Foi nessas condições que os pesquisadores
detectaram a produção de entropia em um sistema quântico, ou seja, observaram a
origem do aumento da entropia no nível microscópico.
[Imagem:
Iñaki Gonzalez/Jan Gieseler]
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Apesar destes resultados, outros experimentos já
demonstraram
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Flutuações
Quânticas
A seguir, o
mesmo processo foi realizado modulando as ondas de rádio de forma reversa,
diminuindo a energia das ondas de forma muito rápida e, consequentemente,
diminuindo a energia do sistema de spins.
Comparando o
que acontecia com os núcleos de carbono durante o processo de aumento e de
diminuição da energia das ondas de rádio, foi possível detectar uma diferença
sutil, mas mensurável, entre os dois processos.
Ora, se as
leis que governam os sistemas quânticos isolados fossem simétricas no tempo,
esse processo também deveria ser simétrico - mas não foi isso que o experimento
mostrou.
De fato, foi
detectada uma leve assimetria durante o processo de aumento e diminuição da
energia no núcleo de carbono. "São as flutuações quânticas," explica
o professor Roberto.
No mundo
microscópico do átomo e das partículas atômicas acontecem coisas bizarras. O
vácuo, por exemplo, é tudo menos vazio. Nele podem pipocar a partir do nada
partículas subatômicas. Elas surgem e desaparecem sem prévio aviso e
como que por encanto. São estas as chamadas flutuações quânticas.
No caso do
experimento, o que se detectou foi um fenômeno no qual as flutuações quânticas
estão associadas com as chamadas transições entre estados quânticos do spin
nuclear.
[Imagem: University of Vienna]
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Outros experimentos têm questionado a sequência tradicional
de causa e efeito
quando se passa para o ambiente da mecânica
quântica.
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Tecnologia
Quântica
Em resumo, a
equipe constatou a emergência da seta do tempo no ambiente quântico ao detectar
uma assimetria entre um processo e seu reverso. Essa assimetria tem origem nas
transições entre os estados quânticos. É dessa forma que a entropia do sistema
aumenta.
Mas para quê
serve tudo isto? "Todo esse esforço é para compreender os fenômenos
termodinâmicos em escala microscópica e quântica. Do ponto de vista prático
queremos entender os limites da nova tecnologia quântica em microescala,"
responde o pesquisador.
Esta é uma das
fronteiras da ciência atual. Espera-se que dessas pesquisas fundamentais
evoluam tecnologias como a dos computadores quânticos,
com potencial muitas vezes superior à computação tradicional. Outro dividendo
será a criptografia quântica
com códigos invioláveis, cuja segurança pode ser garantida pelas leis da
mecânica quântica.
Bibliografia:
Irreversibility and the Arrow of Time in a
Quenched Quantum System
T. B. Batalhão, A. M. Souza, R. S. Sarthour, I. S. Oliveira, M. Paternostro,
E. Lutz, R. M. Serra
Physical Review Letters
Vol.: 115, 190601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.190601
Fonte: Site Inovação Tecnológica - http://www.inovacaotecnologica.com.br/
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