Mecânica quântica é filmada
em tempo real
Redação do Site
Inovação Tecnológica - 03/04/2012
Quadros selecionados do filme que mostra o padrão de interferência quântico
formando-se ao vivo, em escala
macroscópica, visível a olho nu.
[Imagem: Juffmann
et al./Nature Nanotechnology]
Partícula e onda
Você certamente já ouviu falar que as partículas em
dimensões atômicas são governadas pelas leis da mecânica quântica, e que isso
significa que elas podem se comportar tanto como partículas quanto como ondas.
Um elétron ou um fóton, por exemplo, são partículas
e são ondas, dependendo da forma como você os encara.
Isso é contraditório com as noções que temos sobre
o que é real ou local: um elétron poderia assim não ser "real" no
sentido de ser uma partícula, porque seria uma onda.
Mas, quando visto como uma partícula, poderia não
estar em um lugar determinado, porque, como onda, espalha-se por um espaço
finito, não sendo nada além de uma probabilidade de estar em algum ponto desse
espaço.
Experimento da dupla fenda
O experimento clássico para demonstrar isso é a
chamada dupla fenda, uma chapa com duas fendas verticais, contra a qual são
disparados fótons, ou partículas de luz.
Do outro lado emergirá um padrão de interferência,
similar ao formado por múltiplas pedras caindo sobre a superfície de um lago,
mostrando que os fótons-onda interferem uns com os outros - essencialmente,
eles estão passando pelas duas fendas ao mesmo tempo.
Contudo, sobre a chapa, os fótons sempre são
coletados e medidos comportando-se exatamente como partículas.
Essa é a demonstração clássica da chamada dualidade
partícula-onda, e até hoje vem sendo repetida à exaustão em laboratórios de
física, mas sempre na forma de uma "fotografia": a chapa onde os
fótons colidiram e formaram o padrão de interferência.
Dualidade partícula-onda ao vivo
Agora, cientistas da Universidade de Viena, na
Áustria, conseguiram pela primeira vez filmar o experimento da dupla fenda,
mostrando a dualidade partícula-onda desenrolando-se ao vivo.
Em vez de fótons, Thomas Juffmann e seus colegas
usaram moléculas de ftalocianina, um corante altamente fluorescente, e
fizeram-nas atravessar uma grade em nanoescala, com uma espessura suficiente
para reduzir os efeitos da força de van der Walls.
Assim que as moléculas chegavam na tela, do outro
lado da nanograde, os cientistas capturavam imagens ao vivo usando um
microscópio de fluorescência com uma sensibilidade inédita, capaz de fotografar
cada molécula com uma precisão de 10 nanômetros.
Esta foi a "câmera" que filmou "Dualidade Partícula-Onda
- O Filme".
Imagem: Juffmann et al./Nature Nanotechnology]
Imagem: Juffmann et al./Nature Nanotechnology]
Mecânica quântica visível a olho nu
O experimento tem um componente fortemente
didático: ele revela a característica de partícula única dos complexos padrões
de difração quânticos em escala macroscópica, visível a olho nu.
É possível ver o padrão de interferência surgindo
em tempo real, e lá permanecendo durante horas.
Assim, o "Dualidade Partícula-Onda - O
Filme", torna essa propriedade contra-intuitiva da mecânica quântica algo
particularmente tangível e visível.
As experiências têm também um ponto de vista
prático.
Elas permitem acessar as propriedades moleculares
na proximidade das interfaces entre sólidos, e mostram um caminho para futuros
estudos de difração em membranas com espessuras de nível atômico.
Bibliografia:
Real-time single-molecule imaging of quantum interference
Thomas Juffmann, Adriana Milic, Michael Müllneritsch, Peter Asenbaum, Alexander Tsukernik, Jens Tüxen, Marcel Mayor, Ori Cheshnovsky, Markus Arndt
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.3
Real-time single-molecule imaging of quantum interference
Thomas Juffmann, Adriana Milic, Michael Müllneritsch, Peter Asenbaum, Alexander Tsukernik, Jens Tüxen, Marcel Mayor, Ori Cheshnovsky, Markus Arndt
Nature Nanotechnology
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2012.3
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