(Phys.org) - Desde os primeiros dias da mecânica quântica, a dinâmica de decaimento de sistemas quânticos instáveis ​​foi pensada para seguir uma lei de decaimento exponencial, assim como aquele usado para descrever a decadência radioativa e muitos outros processos naturais. A lei exponencial no domínio quântico foi originalmente proposta por George Gamow e posteriormente desenvolvida por Eugene Wigner e Victor Weisskopf. De acordo com esta lei, quando dada uma amostra de átomos instáveis, o número daqueles que provavelmente irão decair durante um breve período de tempo é proporcional ao número de átomos presentes.

Nos anos desde então, Contudo, físicos descobriram que desvios da lei exponencial podem ocorrer em sistemas quânticos instáveis, mas apenas naqueles que estão isolados do ambiente externo. Isso ocorre porque os sistemas isolados são livres de decoerência ambiental, o que torna possível para os produtos de decaimento quântico se reconstruírem de volta ao seu estado inicial, estados pré-deteriorados. Consequentemente, a decadência é inicialmente mais lenta do que a prevista pela lei exponencial, e nas fases posteriores, a decadência freqüentemente exibe um comportamento de lei de potência. Os pesquisadores mostraram anteriormente que essa decadência não exponencial pode ser aproveitada para o controle quântico.

Agora em um novo estudo, os físicos têm mostrado teoricamente que os processos de decaimento quântico podem se desviar da lei de decaimento exponencial não apenas quando o sistema está isolado, mas mesmo quando está em contato com o meio externo. Os resultados sugerem que um sistema quântico instável pode decair e, posteriormente, retornar ao seu estado original, mesmo na presença de decoerência ambiental.

Os físicos, liderado por Adolfo del Campo na Universidade de Massachusetts, e incluindo colegas da University of Basque Country e da Aberystwyth University, publicaram um artigo sobre a existência de decaimento quântico não exponencial em sistemas abertos em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Estudos anteriores argumentaram que os desvios da lei exponencial estavam ausentes em sistemas quânticos 'abertos' realistas, devido ao seu contato com o meio ambiente (qualquer coisa nos arredores), "del Campo disse Phys.org . "Nosso trabalho estabelece a existência de decaimento não exponencial em sistemas quânticos abertos, e nós o demonstramos em um cenário paradigmático, o do movimento browniano quântico. "

Como os cientistas mostraram, a decadência quântica de um sistema caracterizado pelo movimento browniano quântico resulta do contato do sistema com os banhos termais. Eles descobriram que essa decadência é completamente governada por desvios da lei exponencial, e que pode ser possível observar esta decadência em laboratório.

As novas descobertas também concordam com os resultados experimentais de 2006, em que os físicos observaram que a decadência da luminescência em um sistema aberto viola a lei da decadência exponencial. Em geral, o novo estudo mostra que os desvios do decaimento exponencial em sistemas quânticos abertos estão presentes em muitos casos comuns de decaimento quântico.

Geral, os resultados têm implicações potenciais para uma ampla gama de áreas. Por exemplo, espera-se que levem a uma melhor compreensão da decoerência quântica e ajudem a testar teorias que invocam o colapso da função de onda quântica. Eles também têm aplicativos para o "embaralhamento" de informações quânticas, bem como para cosmologia quântica.

"A dinâmica dos sistemas quânticos abertos - que é qualquer sistema quântico embutido em um ambiente - é de interesse para uma ampla variedade de campos que vão desde a dinâmica química quântica até a termodinâmica, "disse del Campo." Nossos resultados se aplicam a virtualmente qualquer área que lida com dinâmica de sistema aberto. Nos fundamentos da física, eles governam o surgimento dinâmico do comportamento clássico, aquele que percebemos, do mundo quântico microscópico subjacente. "

As descobertas também sugerem novas direções de pesquisa.

"Na medida em que consideramos a teoria quântica como a descrição fundamental da Natureza, a existência de eventos de retorno para regenerar um estado inicial de um sistema é realmente muito divertido e chocante, "disse del Campo." E é ainda mais quando tais eventos acontecem com ambientes esquecidos, sem memória. Isso significa que é possível para um sistema retornar ao seu estado no passado remoto durante o curso de sua evolução.

"No espírito da ficção científica, se as mesmas suposições e descrição matemática fossem válidas no mundo macroscópico, esse sistema pode ser tão complexo quanto você e eu. Ainda, Não acho que devemos confiar nisso. A lei exponencial já fornece uma aproximação maravilhosa para descrever a decadência de sistemas tão pequenos quanto um átomo radioativo. É justo dizer que o papel da complexidade do sistema ainda precisa ser esclarecido, tornando o estudo do decaimento quântico em sistemas de muitas partículas uma área estimulante para pesquisas futuras. "

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