Por Mike McRae
Publicado na ScienceAlert
Traduzido por Caio Cavalcante
Um estranho fenômeno da mecânica quântica, chamado backflow, acabou de ficar um pouco mais estranho, com uma nova pesquisa mostrando que partículas não apenas parecem ignorar o momento e saltar para trás, mas podem fazer isso enquanto existem forças empurrando-as.
Essa é a primeira vez que a propriedade foi teoricamente mapeada para mostrar como ela persiste mesmo quando partículas não estão isoladas. Enquanto a descoberta poderia ter, potencialmente, alguma aplicação em tecnologias quânticas futuras, por enquanto é só uma outra demonstração das coisas estranhas que partículas minúsculas fazem. Uma equipe de matemáticos das Universidades de York, Munique e Cardiff combinaram técnicas analíticas e computacionais para estudar se o backflow se mantém estável quando energia cinética é considerada.
Para entender o básico sobre backflow, temos que relembrar o bom e velho princípio da incerteza de Heisenberg. Essencialmente, é o limite imposto pelo Universo sobre medições de certas propriedades pareadas. Um dos emparelhamentos mais famosos é o momento e posição – quanto mais certeza temos do momento de uma partícula, mais vaga é sua posição, e vice versa. É essa ambiguidade que causa o tunelamento quântico, outro ato contraintuitivo da física onde uma partícula pode passar por uma barreira em virtude de sua posição imprecisa.
Backflow é apenas outra consequência da falta de certeza na natureza. De um modo mais técnico: enquanto uma partícula se move em uma direção com momento conhecido, a probabilidade dela estar mais atrás de onde você esperava aumenta com o tempo. É tentador imaginar isso usando carros ou bolas ou pessoas espontaneamente fazendo moonwalk, mas lembre-se que mecânica quântica não é sobre bolas ou ondas do mar por aí. É tudo probabilidade. Mas, se isso ajudar, é como empurrar uma criança em um balanço com os olhos vendados. Você sabe o quão pesado ela é e o quão forte a empurra, mas em algum ponto ela está mais atrás de onde você previu, como se subitamente ela tivesse ido pra trás em algum momento. “O efeito backflow é resultado da dualidade onda-partícula e da natureza probabilística da mecânica quântica, e já é bem compreendido como um caso idealizado de movimento livre de força”, disse o pesquisador Henning Bostelmann, da Universidade de York.
Essa consequência da incerteza quântica pode ser bem entendida por partículas deslizando por aí em um vácuo teórico, mas ainda aconteceria se elas se chocassem com algo que transmita uma força? Aparentemente sim. “Nós mostramos que o backflow sempre pode ocorrer, mesmo se uma força estiver agindo sobre uma partícula quântica enquanto ela viaja”, disse Bostelmann.
O efeito backflow é incrivelmente pequeno. O que as análises mostram é que, mesmo quando encontra uma força cinética, ele persiste. “Isso significa que forças externas não destroem o efeito backflow, que é uma descoberta empolgante”, disse a coautora Daniela Cadamuro, da Universidade Técnica de Munique. Mesmo enquanto empurramos nosso Junior quântico, tem uma pequena chance que sua massa não vai se mover para frente com nossas mãos.
Até agora, a matemática representa partículas movendo-se em apenas uma direção, como nossa criança quântica hipotética em um balanço. Também foi demonstrado apenas em questão do momento, sem considerar o impacto do efeito em outras propriedades quânticas. O próximo passo vai ser verificar se o efeito backflow pode ser observado em condições laboratoriais.
Em um mundo onde a miniaturização da tecnologia significa que as peculiaridades quânticas vêm se tornando obstáculos físicos, é importante entender como as partículas se comportam. Deixando as aplicações práticas de lado, isso é só mais um exemplo do quão estranho e maravilhoso é o Universo em escalas minúsculas.
Essa pesquisa foi publicada na Physical Review A.
