O Segredo no Fim do Túnel Quântico
Um dos objetivos da ciência é avançar em direção ao desconhecido, trazendo benefícios à humanidade. Não à toa vivemos um mundo de informação digital como nunca antes visto, em boa parte devido ao conhecimento por meio da mecânica quântica, a física que descreve o comportamento de partículas muitíssimo pequenas, de dimensões atômicas.
A Real Academia Sueca de Ciências decidiu laurear três excelentes físicos desbravadores do mundo quântico: John Clarke (n. 1942, inglês), Michel Henri Devoret (n. 1953, francês) e John Matthew Martinis (n. 1958, americano) pela “descoberta de tunelamento quântico e quantização de energia macroscópicos em um circuito elétrico”.
Tal escolha homenageia o centenário de fundação da mecânica quântica dita matricial, por meio dos pioneiros trabalhos dos físicos Werner Karl Heisenberg (1901 - 1976, alemão) e Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (1887 - 1961, austríaco), entre outros laureados tambem com o Nobel, embora as raízes de tais estudos apontem para Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858 - 1947, alemão) no início do século XX.
Átomos podem ser compreendidos como partículas carregadas positivamente, como prótons, proximas de nêutrons (que não possuem cargas), rodeados de elétrons. A única exceção entre os átomos é o hidrogênio, o mais simples, a possuir apenas um próton circundado por um elétron. Numa primeira aproximação, seriam como bolas em que a superfície seria representada por elétrons em movimento, a esconder seu núcleo interno.
No entanto, a realidade é diversa desta versão simplificada, que se assemelha em parte a modelos de planetas ao redor de estrelas, como o nosso sol, onde as posições e velocidades são conhecidas e definidas. Uma segunda visão atômica da matéria lembra mais uma cebola, onde suas camadas representariam as órbitas dos elétrons saltitando entre elas ao redor de um núcleo seguindo energias bastante precisas. No entanto, tal descrição é ainda inapropriada.
A natureza da matéria é quântica, no sentido de que as energias que movem tais partículas são quantizadas. Grosso modo, os elétrons saltam entre camadas internas e externas por meio de energias com quantidades bastante precisas, bem definidas – daí a necessidade do termo latino quanta, plural de quantum. Outra característica do universo quântico de unidades muito pequenas se refere a dualidade: uma partícula, como o elétron, ou mesmo o fóton, a menor unidade do que chamamos luz, podem ser vistas como ondas em algumas situações. Neste universo diminuto, uma coisa pode ser literalmente outra coisa, e sua natureza predita em termos probabilísticos. Desta forma, posição e velocidade de partículas não são facilmente definidas.
O fenômeno de tunelamento ocorre com frequência no universo quântico. Neste ambiente, uma partícula pode colidir com uma parede e voltar, ou probabilisticamente atravessá-la, como se houvesse um túnel, ou furo, nesta parede ou muro, ignorando o bloqueio por completo. O Prêmio Nobel de Física em 2025 reconhece como ocorrem tais condições, ainda que contraintuitivas ao senso comum, até o limite quase macroscópico de circuitos elétricos como chips de computadores quânticos, embora valha ressaltar que são situações reais e corriqueiras no universo do muito, muito, muito pequeno.
Clarke, Devoret e Martinis, como exploradores da natureza, visitaram o túnel quântico e saíram dele descrevendo alguns de seus mistérios e enigmas, como passageiros num túnel do amor. Assim como entre os amantes, a ciência tem seus segredos.
*Marcio Luis Ferreira Nascimento é professor da Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Química da UFBA e pesquisador do SENAI-CIMATEC
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