⚛️ Quântica: pela primeira vez, físicos contornam o princípio da incerteza de Heisenberg
Físicos australianos acabaram de realizar o impensável: medir essas duas grandezas ao mesmo tempo sem violar este princípio sacrossanto. O segredo deles? Usar observáveis modulares, uma abordagem matemática que permite contornar elegantemente a limitação. Em vez de tentar conhecer a posição e o momento absolutos, eles se concentraram em suas variações relativas dentro de uma escala fixa, como se medissem apenas os milímetros em uma régua sem se interessar pelos centímetros.
O experimento foi conduzido em um único íon, um átomo carregado preso por campos eletromagnéticos. Os pesquisadores usaram lasers para criar o que é chamado de estado de grade, onde a função de onda do íon se distribui em uma série de picos regularmente espaçados. Cada pico serve como ponto de referência, e quando uma força minúscula desloca o íon, todo o padrão se desloca levemente. Analisando esses deslocamentos relativos, eles puderam detectar simultaneamente as mudanças de posição e momento.
Note que a força medida, da ordem de 10 yoctonewtons (ou seja, 0,00000000000000000000001 newton), não é a mais fraca já detectada, mas a inovação reside na simplicidade do dispositivo experimental. Enquanto os recordes anteriores exigiam cristais massivos e instalações complexas, esta abordagem usa um único átomo em uma armadilha relativamente simples. Esta acessibilidade abre caminho para aplicações práticas em áreas como a navegação quântica, onde os sistemas GPS tradicionais falham.
Christophe Valahu, físico da Universidade de Sydney e autor principal do estudo, explica em um comunicado que este avanço poderia ter um impacto comparável ao dos relógios atômicos. Sensores quânticos ultra-precisos poderiam revolucionar não apenas a navegação submarina e espacial, mas também a imagem médica e biológica, detectando sinais tão fracos que escapam aos instrumentos convencionais.
Esta demonstração prova que a incerteza quântica não é uma barreira intransponível, mas sim uma fronteira a ser redefinida. Ao aceitar perder certas informações consideradas não essenciais, os cientistas conseguem extrair dados até então impossíveis de obter simultaneamente. Esta filosofia de medição poderia inspirar novas gerações de tecnologias quânticas, tornando possível o que parecia inconcebível até ontem.
O princípio da incerteza de Heisenberg
Formulado em 1927 pelo físico alemão Werner Heisenberg, este princípio fundamental da mecânica quântica estabelece que existe um limite fundamental para a precisão com a qual podemos conhecer simultaneamente certos pares de propriedades físicas de uma partícula, como sua posição e momento. Esta limitação não se deve a imperfeições dos instrumentos de medição, mas à própria natureza da realidade quântica.
A incerteza provém do fato de que qualquer medição em mecânica quântica necessariamente perturba o sistema observado. Para determinar a posição de uma partícula com grande precisão, é necessário usar radiação de curto comprimento de onda, o que transfere um momento significativo para a partícula, tornando sua velocidade incerta. Inversamente, medir precisamente a velocidade requer uma observação prolongada, o que torna a posição imprecisa.
Esta relação de incerteza se expressa matematicamente por uma desigualdade: o produto das incertezas sobre a posição e o momento nunca pode ser inferior a uma constante fundamental ligada à constante de Planck. Este princípio também se aplica a outros pares de observáveis, como energia e tempo, criando limites fundamentais para o que é possível conhecer no universo quântico.
Ao contrário de uma ideia preconcebida, o princípio da incerteza não significa que as partículas não tenham propriedades definidas, mas sim que estas propriedades não existem de maneira determinada antes da medição. É esta característica que distingue fundamentalmente o mundo quântico do mundo clássico que percebemos no cotidiano.