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Átomo no espelho percorre dois caminhos simultaneamente

Tópico em 'Ciência & Tecnologia' iniciado por Conan, 26 Abr 2011.

  1. Conan

    Conan Cavaleiro Pendragon

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    Experimento demonstra que o átomo na frente do espelho segue simultaneamente duas trajetórias no espaço - uma superposição de caminhos.[Imagem: Tuwien]

    A imagem quântica no espelho

    Ao se olhar em um espelho, você não terá dificuldade em distinguir entre o que é você mesmo e o que é sua imagem.

    E a relação entre você e a imagem é unívoca: mexa-se e a imagem se mexerá; pare e a imagem parará. O inverso nunca acontecerá, ou seja, a imagem jamais afetará o seu próprio movimento.

    Mas isto é no muitas vezes entediante mundo clássico - no mundo quântico, as coisas podem ser muito mais surpreendentes.

    O simples fato de uma partícula "olhar no espelho" pode ser o suficiente para criar uma crise de identidade e tornar quase impossível a identificação positiva de quem é o sujeito e quem é o reflexo.

    Em um feito impressionante, um grupo de físicos alemães e austríacos conseguiu realizar em laboratório o que até hoje era apenas um experimento mental, idealizado por Albert Einstein, e que mostra o quanto a imagem quântica no espelho pode afetar a partícula que se observa.

    Seguindo por dois caminhos ao mesmo tempo

    Quando um átomo emite luz (ou seja, um fóton) em uma direção particular, ele recua na direção oposta. Se o fóton for medido, fica-se conhecendo também o movimento do átomo.

    Os cientistas então colocaram o átomo muito perto de um espelho. Neste caso, há dois caminhos possíveis para qualquer fóton que viaje rumo ao observador: ele pode ser emitido diretamente na direção do observador, ou ele pode viajar na direção oposta, refletir-se no espelho e então chegar ao olho do observador.

    Se não houver nenhuma maneira de distinguir entre estes dois cenários - qual caminho o fóton realmente fez - não se consegue determinar o movimento do átomo, ou seja, qual é a rota do seu recuo realizado em razão da emissão do fóton.

    Com isto, o átomo se move em uma superposição de dois caminhos - ele estaria seguindo, ao mesmo tempo, os dois caminhos, ou recuando nas duas direções simultaneamente.

    "Se a distância entre o átomo e espelho é muito pequena, é fisicamente impossível fazer a distinção entre estes dois caminhos," explica Jiri Tomkovic, da Universidade de Heidelberg.

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    Observando a interferência gerada na rede óptica, pode-se demonstrar diretamente que o átomo de fato esteve viajando pelos dois caminhos ao mesmo tempo. [Imagem: Tomkovic et al./Nature]

    Superposição quântica

    A partícula e sua imagem no espelho não poderão mais ser claramente separadas: o átomo estará se movendo na direção do espelho e se afastando do espelho ao mesmo tempo.

    Isto pode parecer paradoxal, e é certamente impossível na física clássica, que envolve objetos macroscópicos. Mas, na física quântica, tais superposições são um fenômeno bem conhecido, como no famoso experimento do gato de Schrodinger.

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    E os físicos conseguiram comprovar que o átomo estava mesmo seguindo os dois caminhos.

    No experimento, os dois estados dinâmicos do átomo - um movimento em direção ao espelho e o outro afastando-se do espelho - foram combinados usando a difração de Bragg de uma rede óptica feita com luz laser.

    Observando a interferência gerada na rede óptica, pode-se demonstrar diretamente que o átomo de fato esteve viajando pelos dois caminhos ao mesmo tempo.

    Experimento da dupla fenda

    Este é um reminiscente do famoso experimento da dupla fenda, no qual uma partícula colide com uma placa com duas fendas e passa pelas duas fendas ao mesmo tempo, devido às suas propriedades quânticas de ser simultaneamente uma partícula e uma onda.

    Einstein já havia argumentado que isso só é possível se não houver como determinar qual caminho a partícula realmente escolheu, nem mesmo medições precisas de qualquer pequeno recuo da própria placa com a dupla fenda.

    Se houver qualquer possibilidade teórica de se determinar a trajetória da partícula, a superposição quântica colapsa - ela não ocorre, e a partícula viajará sempre no mesmo caminho, como no mundo clássico.

    "No nosso caso, os fótons têm um papel semelhante ao da dupla fenda," explica Markus Oberthaler, coautor do estudo. "Se a luz puder em princípio, nos falar qualquer coisa sobre o movimento do átomo, o movimento é inequivocamente determinado. Somente quando esse movimento é fundamentalmente indefinível, o átomo pode estar em um estado de superposição, combinando as duas possibilidades."

    E essa indecisão fundamental foi garantida pelo espelho, que absorve momento do fóton.

    "O mais fascinante sobre este experimento," escrevem os cientistas em seu artigo, "é a possibilidade de criar um estado de superposição quântica usando apenas um espelho, sem qualquer campo externo."

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    Fonte:
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    Bibliografia:

    Single spontaneous photon as a coherent beamsplitter for an atomic matter-wave
    Jirí Tomkovic, Michael Schreiber, Joachim Welte, Martin Kiffner, Jörg Schmiedmayer, Markus K. Oberthaler
    Nature Physics
    03 April 2011
    Vol.: Published online
    DOI: 10.1038/nphys1961
     
  2. Jeff Donizetti

    Jeff Donizetti Quid est veritas?

    Sempre impressionantes essas notícias sobre Física Quântica. Queria eu poder entender mais sobre esse assunto, que às vezes me lembra tanto a Literatura Fantástica ou a FC especulativa.
     
  3. Excluído045

    Excluído045 Banned

    Interessante mesmo, e tem suas implicações filosóficas (sempre tem). A relatividade se mostra cada vez mais abrangente.
     
  4. [F*U*S*A*|KåMµ§]

    [F*U*S*A*|KåMµ§] Who will define me?

    Po.
    Pra medir um recoil de foton em um átomo haja precisão experimental, hein.
    Transferencia de momento muitas vezes é até considerada desprezível quando se trata de emissão por elétrons.
     
  5. Fúria da cidade

    Fúria da cidade ㅤㅤ ㅤㅤ ㅤㅤ

    A óptica depois da eletrônica é o meu segmento da Física preferido. Queria ter podido estudar mais, pois acho essa área fantástica.
     
  6. Excluído045

    Excluído045 Banned

    Eu queria ter tempo pra estudar mais Mecânica Clássica e Quântica. É fascinante, mas o que me interessa mesmo são as implicações cosmológicas
     
  7. Raphael S

    Raphael S Desperto

    E isto pode servir no futuro para...

    By Raphael S
    Bad Moment Questions
     
  8. Primula

    Primula Moda, mediana, média...

    Você não gosta de GPS?
     
  9. [F*U*S*A*|KåMµ§]

    [F*U*S*A*|KåMµ§] Who will define me?

    O texto fala.
    Uma forma simples de produzir controladamente fotons com superposição de estados.
    Um passo adiante seria criar fotons entrelaçados.
    Que é o que se busca hoje em dia na area de criptografia quantica.
     
  10. Raphael S

    Raphael S Desperto

    Hahhhhhhhhhhhhhhhh sim...

    ...e na pratica serve para...

    Sorry, é que não é minha área mesmo. Isso ajuda no GPS?

    By Raphael S
    Ping Pong Router
     
  11. [F*U*S*A*|KåMµ§]

    [F*U*S*A*|KåMµ§] Who will define me?

    Senhas, segurança virtual para bancos, governo, etc.
     

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