Aglomerado microscópico de sódio torna-se, como onda, o maior objeto já observado

Um pequeno aglomerado de sódio acabou entrando para a história como o maior objeto já observado se comportando como onda, superando recordes anteriores por milhares de átomos.

Na física quântica, partículas são descritas em termos de ondas, o que, na prática, quer dizer que a matéria pode existir em uma mistura de vários estados possíveis ao mesmo tempo - uma superposição - até o momento da medição.

Isso fica mais evidente na escala subatômica, de elétrons e fótons, mas, em teoria, tudo - de átomos a humanos, passando por galáxias inteiras e além - pode existir em superposições. Pelo menos em tese. Observar isso em escalas cada vez maiores é um desafio enorme, quando não algo potencialmente impossível.

Em um novo estudo, pesquisadores da Universidade de Viena, na Áustria, e da Universidade de Duisburg-Essen, na Alemanha, relatam um dos maiores objetos já observados em superposição. A partícula medida tinha cerca de 8 nanômetros de diâmetro e, com mais de 170 mil unidades de massa atômica, era mais massiva do que muitas proteínas.

O experimento mostra que até nanopartículas de sódio, cada uma com milhares de átomos individuais, seguem as regras da mecânica quântica, apesar do tamanho relativamente enorme.

“Intuitivamente, seria de se esperar que um aglomerado tão grande de metal se comportasse como uma partícula clássica”, diz Sebastian Pedalino, autor principal do estudo e doutorando na Universidade de Viena.

“O fato de ele ainda produzir interferência mostra que a mecânica quântica continua válida nessa escala e não exige modelos alternativos.”

Os pesquisadores enviaram as partículas super-resfriadas por um interferômetro que usava uma série de grades de difração geradas por lasers ultravioleta.

Depois de uma grade inicial canalizar as partículas por pequenos espaços, elas seguiram adiante em ondas que mediam entre 10 e 22 quadrilionésimos de metro. Isso as colocou em uma superposição de caminhos possíveis dentro do aparelho, que os pesquisadores puderam detectar com outra grade na saída.

Esse resultado sugere que as posições das partículas não ficam fixas durante a parte não observada do trajeto. Elas apresentaram um efeito de “deslocalização” muitas vezes maior do que o tamanho de qualquer partícula individual.

Em escalas maiores, a matéria costuma se tornar complexa demais e se entrelaçar com o ambiente a ponto de superposições individuais deixarem de ser distinguíveis. Conhecido como decoerência quântica, esse colapso de uma superposição para uma posição definível pode explicar por que não observamos a mecânica quântica em sistemas macroscópicos.

Ainda assim, não existe um limite de tamanho definido para a mecânica quântica e, como o novo estudo mostra, não estamos tão distantes dela quanto imaginamos.

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

O estudo foi publicado na Nature.