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. - 10.1038/nnano.2012.34]

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]

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.

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