Um experimento quântico de 600 anos nas estrelas

Um novo teste experimental de Bell usou luz de estrelas distantes para determinar como os fótons emaranhados na Terra são medidos.

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Duas estrelas na Via Láctea atuaram como "geradores de configuração cósmica" em um experimento de emaranhamento quântico. Crédito: bjdlzx / Getty Images.

Artigo traduzido de Cosmos Magazine. Autor: Cathal O’Connell.

Físicos usaram a luz de estrelas a cerca de 600 anos-luz da Terra para validar um bizarro fenômeno quântico que Albert Einstein ridicularizou como “ação assustadora à distância”.

O trabalho, relatado na Physical Review Letters, confirma que a explicação quântica para “ação assustadora” é válida, e exclui qualquer influência de outras fontes – pelo menos ao longo dos 600 anos que a luz das estrelas levou para chegar até nós.

É o mais recente de uma longa série de experimentos com o objetivo de provar, sem qualquer dúvida, que nosso universo é fundamentalmente estranho e não determinista.

O emaranhamento quântico é a conexão misteriosa entre partículas onde uma partícula parece influenciar a outra, não importa o quão distantes elas estejam.

Embora o emaranhamento tenha se tornado a base da tecnologia quântica, como a busca para construir um computador quântico, a ideia teve um áspero caminho para a aceitação.

Einstein e sua equipe de céticos quânticos, que incluíam o físico americano Boris Podolsky e o físico israelense Nathan Rosen, pensaram que deveria haver algo mais acontecendo – as chamadas variáveis ​​ocultas, ainda além do nosso conhecimento, determinando o comportamento dos objetos quânticos.

Na década de 1960, o físico norte-irlandês John Bell criou uma maneira de distinguir a “ação assustadora” da teoria quântica e a influência de variáveis ​​ocultas.

Digamos que você crie dois fótons emaranhados indo em direções opostas. Agora você mede se as ondas de luz estão “acenando” de cima para baixo ou da esquerda para a direita – chamada polarização.

No papel, Bell mostrou que, para partículas emaranhadas, os resultados seriam fortemente relacionados um ao outro. Uma correlação superior a um certo limiar não poderia ser explicada por qualquer teoria das variáveis ​​ocultas.

Se correta, esta ideia seria a sentença de morte para qualquer uma das ideias variáveis ​​ocultas favorecidas por Einstein.

Os físicos vêm testando a desigualdade de Bell desde então, embora em qualquer momento que pareça provado, os detratores têm sido capazes de apontar lacunas nos experimentos onde uma variável oculta pode se infiltrar.

Os resultados podem ser explicados por partículas que se comunicam mais rapidamente do que a velocidade da luz, por exemplo, ou por um viés no sistema de medição.

Em 2015, depois de décadas de trabalho, várias equipes conseguiram, de forma independente, fechar essas duas lacunas importantes. Mas uma outra lacuna, chamada de “liberdade de escolha”, permaneceu.

Nos experimentos de Bell, importa se você medir a polarização tanto na direção para cima e para baixo ou na direção esquerda pra direita. A decisão de qual a maneira de fazê-lo deve ser feita individualmente para cada par de partículas (e um experimento pode envolver milhares dessas corridas individuais).

A brecha da liberdade de escolha questiona se algum efeito desconhecido pode estar influenciando essa escolha. Para fechá-la, os físicos usaram um gerador quântico de número para fazer a escolha e definir isso longe – 144 km – do equipamento de medição. Isso descartou a influência assustadora dos microssegundos que a luz leva para viajar 144 km.

Agora, os físicos quânticos olharam para as estrelas como seu gerador de números aleatórios. Johannes Handsteiner da Academia Austríaca de Ciências e colegas usou a luz de duas estrelas, a cerca de 600 anos-luz de distância, para determinar como o seu experimento media fótons.

Isso significa que, para afetar a experiência, qualquer processo desconhecido teria que ter agido há 600 anos, quando a luz foi emitida – um bom trecho da imaginação, mesmo para os mais fervorosos céticos quânticos.

A equipe propõe que o método poderia ser emparelhado com luz ainda mais antiga, como quasares com bilhões de anos de idade, ou o fundo de microondas cósmica. Essas medições poderiam “empurrar progressivamente qualquer modelo de variável oculta viável para a história cósmica profunda”.

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