O que é a teoria quântica?
A física quântica é uma das áreas mais promissoras da física moderna e pode levar a avanços consideráveis na área de tecnologia da informação e computação quântica.
O solenoide de múon compacto é um dos detectores de partículas construídos no Grande Colisor de Hádrons (GCH), o maior acelerador de partículas do mundo, com 27 km de circunferência. Localizado próximo a Genebra, na Suíça, o GCH tem contribuído para desvendar alguns dos segredos da teoria quântica, como a partícula bóson de Higgs, predita inicialmente em 1964, mas detectada somente em 2012.
A teoria quântica, também conhecida como mecânica quântica, é uma área da física cujos principais objetos de estudo são os elementos encontrados a nível microscópico. Átomos, elétrons e moléculas são exemplos de estruturas que habitam o mundo subatômico.
“Trata-se do estudo da natureza, dos materiais, tudo o que compõe nosso universo na menor escala que conseguimos identificar, que é a atômica molecular”, explica o físico Marcelo Knobel, professor do Departamento de Física da Matéria Condensada e do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).
Segundo o professor, a teoria quântica também pode ser considerada a base de toda a física e tem implicações profundas em muitas áreas, desde a tecnologia, com os computadores quânticos, até a cosmologia, que estuda a formação do Universo.
Na escala quântica, de acordo com o Knobel, acontecem fenômenos diferentes quando comparados com o funcionamento do nosso mundo, que é chamado de macroscópico – um mundo que é seja grande o suficiente para ser observado a olho nu.
Um físico tenta contar os átomos nesta esfera de silício para estabelecer um padrão para a quilograma.
Quais os principais fenômenos da física quântica
Para exemplificar, o professor explica que na física convencional as partículas – que podem ser de luz, por exemplo, são estudadas como algo sólido, que tem um estado, uma energia e um movimento determinado.
Já na física quântica, o comportamento e as grandezas dessas partículas mudam a depender da interação dela com outras partículas, gerando o que se chama de “princípio da incerteza de Heisenberg”.
“No mundo quântico acontece esse fenômeno que se você conhece muito bem a posição de um de um objeto, por exemplo, você não conhece nada sobre a sua velocidade e vice-versa. Ou seja, não é possível conhecer simultaneamente certos pares de propriedades quânticas com precisão absoluta”, explica.
Em outras palavras, na física quântica quanto mais precisamente conhecemos uma propriedade do objeto de estudo, menos precisamente podemos conhecer outra. Este princípio foi formulado pelo físico teórico alemão Werner Heisenberg em 1927.
Outro fenômeno que define os estudos quânticos é a dualidade onda-partícula. Segundo Knobel, esse conceito descreve a natureza dual de alguns elementos que podem se comportar tanto quanto uma onda (uma perturbação que se propaga no espaço ou em qualquer outro meio) ou como partícula.
A luz, por exemplo, é um deles. Knobel explica que, em alguns fenômenos, a luz é estudada como onda – como refração, difração e cores, em que cada comprimento de onda da luz é enxergado com uma cor diferente. Mas quando falamos da luz na forma de fótons (pequenos “pacotes” que a compõem), ela é estudada em partículas únicas.
Átomos, elétrons e nêutrons (as menores partes de uma molécula) também podem apresentar comportamentos tanto de partículas quanto de ondas. Entretanto, para definir se uma entidade quântica (átomos, elétrons, etc…) é uma onda ou uma partícula é preciso observá-la. Segundo Knobel, antes da observação a entidade não tem um estado definido, possuindo ambas as propriedades ao mesmo tempo.
Apenas ao medir ou observar uma entidade quântica é possível obter informações exatas sobre seu estado, o que também depende da escolha do experimento ou do aparelho de medição utilizado. Essa característica também faz parte do fenômeno de dualidade onda-partícula – “um dos mais curiosos e interessantes fenômenos da física quântica e que não tem paralelo no mundo macroscópico”, afirma o professor.
