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Físicos detectaram força semelhante à fricção no vácuo perfeito

de Julia Moretto 0

Um dos princípios mais fundamentais da Física Moderna é que, em um vácuo perfeito – um lugar totalmente desprovido de matéria – não pode haver fricção, porque o espaço vazio não pode exercer uma força sobre objetos que viajam através dele.

 

Mas, apesar da sabedoria convencional, os físicos do Reino Unido descobriram que um átomo em decomposição viajando através de um vácuo completo experimentaria uma força semelhante ao atrito. Matthias Sonnleitner, da Universidade de Glasgow, e seus colegas de equipe estavam realizando cálculos para prever o comportamento de um átomo em decomposição que se move através de um vácuo perfeito, quando notaram algo estranho.

 

Há anos, os físicos sabem que um vácuo perfeito não pode exercer nenhuma força sobre um átomo, mas ainda pode interagir com ele. É fisicamente impossível criar um vazio perfeito, porque nenhuma quantidade de descontaminação pode garantir que um átomo perdido não tenha penetrado, mas os cálculos previram que um vácuo teoricamente perfeito estaria realmente “zumbindo” com sua própria energia estranha.

 

Esta descrição “vazia, mas não vazia” de um vácuo perfeito decorre de um aspecto da Mecânica Quântica chamado Princípio de Incerteza de Heisenberg, que afirma que inúmeras partículas virtuais poderiam teoricamente aparecer e desaparecer em momentos aleatórios no vazio. Esses deslocamentos quânticos produzem campos elétricos que flutuam aleatoriamente, e os cálculos da equipe de Glasgow descrevem como eles poderiam interagir com um átomo viajando através de um vácuo, fazendo com que ele absorva energia.

 

À medida que o átomo excitado decai para um estado de energia inferior, ele emite um fóton (ou partícula de luz) em uma direção aleatória. Quando a equipe calculou o que acontece quando um fóton é emitido enquanto o átomo está se movendo na direção oposta ao fóton, eles detectaram uma força semelhante ao atrito que resultava em perda de velocidade.

 

Se for verdade, isso violaria o princípio da relatividade, porque implica que os “observadores” do comportamento veriam o átomo se movendo a diferentes velocidades, dependendo de onde estivessem em relação ao átomo. Sonnleitner disse a que a equipe passou “semanas questionando sua sanidade” antes de descobrir a resposta, e tudo apresentou que E = mc2.

 

Eles perceberam que quando o átomo em movimento decai para um estado de energia inferior e emite um fóton em uma direção aleatória, ele perde uma pequena quantidade de energia, o que corresponde a uma pequena quantidade de massa. Esta pequena quantidade de massa é conhecida como o defeito de massa, e como Lisa Zyga escreveu nos relatórios para Phys.org, ela é uma quantidade tão pequena que nunca foi medida nesse contexto antes.

 

Esta é a massa na famosa equação de Einstein E = mc2, que descreve a quantidade de energia necessária para quebrar o núcleo de um átomo em seus prótons e nêutrons“, diz Zyga. “Essa energia, chamada de ‘energia de ligação interna’, é regularmente contabilizada na Física Nuclear, que lida com maiores energias de ligação, mas é tipicamente considerada insignificante no contexto da óptica de átomos, por causa das energias serem muito mais baixas“.

 

Quando os pesquisadores conectaram esse valor de defeito de massa em seus cálculos, usando E = mc2 para resolvê-lo, descobriram que, ao perder um pequeno pedaço de massa à medida que decai, o átomo realmente perde momentum, não velocidade. Se olharmos para a relação entre fricção, velocidade e momentum, em vez de ver fricção, o resultado de uma mudança no momento devido a uma perda de velocidade, os cientistas detectaram uma perda de momentum devido a uma pequena alteração na sua massa. Sua velocidade permanece constante, como deveria.

 

Assim, ao invés de violar a relatividade indicando fricção no vácuo, o fenômeno resulta em algo que os princípios da relatividade realmente predizem – a diminuição da massa faz com que o átomo perca uma pequena quantidade de momentum, tal como predito pela conservação da energia.

 

Mostraram que um átomo decadente vê uma força semelhante à fricção“, a equipe conclui. “No entanto, esta força é uma mudança no momento devido a uma mudança na energia de massa interna, e não está ligada ao movimento desacelerado“. A equipe diz que o próximo passo será ver se o fenômeno ocorre quando um átomo absorve – em vez de emitir – um fóton. O estudo foi publicado em Physical Review Letters.

[ Science Alert ] [ Foto: Reprodução / Science Alert ]

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