Físicos reforçam a estranheza quântica do Universo

Um dos fenômenos mais estranhos que você provavelmente encontrará é o emaranhamento quântico, quando duas partículas interagem de tal forma que elas se tornam profundamente ligadas, e essencialmente “compartilham” uma existência, mesmo que tenham se separado a anos-luz.

 

Einstein não desenvolveu a ideia, e decidiu finalmente que era muito estranha para ser verdade. Mas um novo experimento acaba de reforçar a realidade do emaranhamento quântico, então parece que o nosso Universo é tão bizarro quanto suspeitamos. “As moléculas imóveis que ficaram para os céticos da mecânica quântica diminuíram consideravelmente“, disse um dos membros da equipe, David Kaiser, do MIT, a Jennifer Chu no Phys.org. “Não nos livramos delas, mas reduzimos em 16 ordens de grandeza“.

 

Como um conceito, o emaranhamento quântico é uma das coisas mais difíceis de provar, porque enquanto os físicos podem facilmente observá-lo, e partículas emaranhadas são a própria base da computação quântica, é impossível saber com certeza que variáveis ​​ocultas não estão alterando os resultados.

 

Se você não está familiarizado com o emaranhamento quântico, imagine duas partículas: elas podem ser separadas por alguns metros ou por anos-luz, independentemente de quão distantes estão, elas ficam emaranhadas. Isso significa que, por alguma razão inexplicável, essas partículas distantes são capazes de manter uma conexão especial entre si, de modo que se uma partícula é medida, os físicos saberão as medidas exatas da sua parceira.

 

Isso é estranho o suficiente por si só, mas o que torna esse fenômeno ainda mais estranho é o fato de nenhuma dessas partículas ter propriedades “construídas”, ou seja, suas propriedades são definidas apenas quando medidas, então como a partícula parceira tem propriedades definíveis quando elas sequer são estabelecidas?

 

Apesar de inúmeras experiências do século passado terem confirmado o comportamento de emaranhamento quântico, ninguém pôde explicá-lo exatamente, e o próprio Einstein permaneceu um cético sobre ele, descartando a hipótese como “ação fantasmagórica à distância“. Einstein não negou que as partículas pareciam estar emaranhadas, mas argumentou que algumas variáveis ​​ocultas estavam em jogo para que elas estivessem nessa situação.

 

Isso levou o físico John Bell a estabelecer uma espécie de “teste” na década de 1960 que pudesse medir a probabilidade de um emaranhamento ser um enredamento real ou se alguma outra variável estaria simulando isso. Os experimentos de teste de Bell – também conhecidos como experimentos de desigualdade de Bell – envolvem a realização de medições independentes em cada partícula emaranhada para ver qual opção é mais convincente.

 

“Bell mostrou que, estatisticamente, as correlações entre os resultados, uma vez acima de um determinado limiar, não poderiam ser explicadas por partículas com propriedades ocultas“, Elizabeth Gibney relatou para Nature.

 

“Em vez disso, os resultados coordenados parecem ser o resultado de medições de uma partícula que fixa misteriosamente as propriedades de outra“.

 

Mas os cientistas logo perceberam que havia um limite, certas “lacunas” que deixavam aberta a possibilidade de explicações não quânticas. Uma dessas falhas era que talvez as partículas estivessem compartilhando informações à velocidade da luz, e nossos instrumentos eram muito lentos para captar isso. Ou talvez o fato de que as experiências envolvendo partículas quânticas emaranhadas acabem perdendo informações.

 

Essas duas brechas foram finalmente abordadas em 2015, quando uma experiência “histórica” ​​viu o emaranhamento quântico passar no seu teste mais difícil, descartando ambas as possibilidades. Mas uma lacuna permanece: a da liberdade de escolha. Como Gibney explica, cada vez que usamos o teste de Bell, supomos que os cientistas que executam o experimento têm livre escolha sobre quais medições eles executam em cada um dos pares de fótons emaranhados:

 

“Mas algum efeito desconhecido pode estar influenciando tanto as partículas quanto os testes que são realizados (ou afetando a escolha da medida diretamente, ou mais plausivelmente, restringindo as opções disponíveis), para produzir correlações que dão a ilusão de emaranhamento“.

 

Em outras palavras, imagine o Universo como um restaurante com 10 itens de menu. “Você acha que pode encomendar qualquer um dos 10, mas então dizem, ‘Estamos sem frango’, e verifica-se que apenas cinco estão realmente no menu“, Andrew Friedman do MIT, disse à revista Quanta.

 

“Você ainda tem a liberdade de escolher entre os cinco restantes, mas isso modificou seus graus de liberdade.” Portanto, quando se trata de experimentos de emaranhamento quântico, “pode ​​haver incógnitas, restrições, condições de limites, leis de conservação que poderiam acabar limitando suas escolhas de uma maneira muito sutil“, diz Friedman, e esses fatores podem nos enganar ao pensar que o emaranhamento quântico é realmente algo importante.

 

Um dos culpados mais óbvios neste cenário é a gravidade, talvez sua influência esteja limitando o número de possíveis medições em partículas emaranhadas em experimentos com base na Terra. Então, como podemos contornar a lacuna da liberdade de escolha quando o próprio Universo parece estar contra nós?

 

“Nós terceirizamos a escolha para o próprio Universo“, disse Friedman à Nature. No passado, os pesquisadores tentaram superar a lacuna usando um gerador de números aleatórios para selecionar quais propriedades medir, o que significa que os pesquisadores não estão enviesando a experiência.

 

Eles disparam um par de partículas quânticas em direções opostas em direção a dois detectores diferentes, e este gerador de números aleatórios escolhe as propriedades a serem medidas no último momento antes que as partículas cheguem aos detectores. Isso significa que as partículas dificilmente teriam tempo para compartilhar informações entre si e só pareceriam emaranhadas, como Einstein suspeitou.

 

O experimento foi consistente, mas apenas descartou a influência de variáveis ​​ocultas vários microssegundos antes que as partículas fossem disparadas. E se as coisas tivessem sido pré-determinadas antes disso? Uma equipe que envolveu pesquisadores do MIT, da Universidade de Viena na Áustria com instituições na China e na Alemanha, decidiu usar a luz das estrelas para diminuir ainda mais o tempo em que as influências ocultas poderiam operar.

 

O experimento envolveu alocar a cor vermelha ou azul que poderiam ser medidas em partículas emaranhadas. Dois telescópios foram então configurados para detectar a luz das estrelas entrantes como azul ou vermelho, e a cor detectada determinava as propriedades que seriam medidas nas partículas emaranhadas.

 

E aqui está o truque: como a cor da luz das estrelas não pode ser alterada ao longo do caminho, isso significa que, se há algo oculto, as variáveis ​​não quânticas estão brincando com as partículas e as propriedades, mas isso teria que ser feito antes da luz das estrelas ser emitida. E vendo que a estrela mais próxima à Terra (não incluindo nosso Sol) investigada na amostra está a 575 anos-luz de distância, isso significa que essa configuração teria que ter sido iniciada há pelo menos 600 anos atrás.

 

“Se algum mecanismo físico estivesse de alguma forma atrelado às perguntas que foram feitas a cada partícula, elas teriam que ter sido postas em movimento naquela estrela quando estava prestes a emitir aquela luz que medimos“, disse Kaiser a Leah Crane para New Cientist.

 

O experimento não fecha a lacuna de liberdade de escolha, mas confirma que a propriedade quântica existiu nos últimos 600 anos, e agora os pesquisadores precisam descobrir como empurrar esse limite para ainda mais longe. Friedman pensa que eles podem fazer isso aplicando a mesma técnica a partículas emaranhadas usando a luz de quasares. Isso deve empurrar o limite para bilhões de anos, diz ele.

 

Mas qual é o final do jogo? O Big Bang?

Isso não é exatamente algo que os físicos estão interessados ​​em confirmar, como Natalie Wolchover explica para Quanta: “Pode ser que o Universo tenha restringido a liberdade de escolha desde o início – que cada medição foi predeterminada por correlações estabelecidas no Big Bang.

 

“Superdeterminismo’ como é chamado, é incognoscível”, disse Jan-Åke Larsson, físico da Universidade de Linköping na Suécia. “O teste de Bell nunca poderá descartar as correlações que existiam antes que houvesse estrelas, quasares ou qualquer outra luz no céu. Isso significa que a lacuna de liberdade de escolha nunca pode ser completamente fechada.”

 

Para Freidman, porém, as possibilidades são muito intrigantes para não as estudar. “Para nós parece ser muito vantajoso“, disse. “Ou vamos fechar a brecha cada vez mais e ficamos mais confiantes na teoria quântica, ou vemos algo que poderia apontar para a nova Física.“

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