É um dos resultados mais surpreendentes da física - quando um sistema complexo é deixado sozinho, ele retornará ao seu estado inicial com uma precisão quase perfeita. Partículas de gás, por exemplo, girando caoticamente em um recipiente, retornarão quase exatamente às suas posições iniciais depois de algum tempo. O Teorema da Recorrência de Poincaré é a base da moderna teoria do caos. Por décadas, cientistas investigaram como esse teorema pode ser aplicado ao mundo da física quântica. Agora, pesquisadores da TU Wien (Viena) demonstraram com sucesso um tipo de recorrência de Poincaré em um sistema quântico multipartículas. Os resultados foram publicados na revista Ciência .

No final do século 19, o cientista francês Henri Poincaré estudou sistemas que não podem ser totalmente analisados ​​com perfeita precisão, por exemplo, sistemas solares consistindo em muitos planetas e asteróides, ou partículas de gás que continuam batendo umas nas outras. Seu resultado surpreendente:cada estado fisicamente possível será ocupado pelo sistema em algum ponto - pelo menos com um grau de aproximação muito bom. Se apenas esperarmos o suficiente, em algum ponto, todos os planetas formarão uma linha reta, apenas por coincidência. As partículas de gás em uma caixa criarão padrões interessantes, ou voltar ao estado em que estavam quando o experimento começou.

Um teorema semelhante pode ser provado para sistemas quânticos. Lá, Contudo, regras completamente diferentes se aplicam:"Na física quântica, temos que criar uma maneira completamente nova de abordar este problema, "diz o professor Jörg Schmiedmayer do Instituto de Física Atômica e Subatômica da TU Wien." Por razões muito fundamentais, o estado de um grande sistema quântico, consistindo em muitas partículas, nunca pode ser medido perfeitamente. Além disso, as partículas não podem ser vistas como objetos independentes, temos que levar em conta que eles são emaranhados mecanicamente quânticos. "

Tem havido tentativas de demonstrar o efeito da "recorrência de Poincaré" em sistemas quânticos, mas até agora isso só foi possível com um número muito pequeno de partículas, cujo estado foi medido com a maior precisão possível. Isso é extremamente complicado e o tempo que leva para o sistema retornar ao seu estado original aumenta drasticamente com o número de partículas. Equipe de Jörg Schmiedmayers na TU Wien, Contudo, escolheu uma abordagem diferente:"Não estamos muito interessados ​​no estado interno completo do sistema, que não pode ser medido de qualquer maneira, "diz Bernhard Rauer, primeiro autor da publicação. "Em vez disso, queremos perguntar:quais quantidades podemos observar, que nos diz algo interessante sobre o sistema como um todo? E há momentos em que essas quantidades coletivas voltam ao seu valor inicial? "

A equipe estudou o comportamento de um gás ultracold, consistindo em milhares de átomos, que é mantido no lugar por campos eletromagnéticos em um chip. "Existem várias quantidades diferentes que descrevem as características de tal gás quântico - por exemplo, comprimentos de coerência no gás e funções de correlação entre diferentes pontos no espaço. Esses parâmetros nos dizem, quão intimamente as partículas estão ligadas por efeitos da mecânica quântica, "diz Sebastian Erne, quem foi o responsável pelos cálculos teóricos necessários ao projeto. "Nossa intuição cotidiana não está acostumada a lidar com essas quantidades, mas para sistemas quânticos, eles são cruciais. "

Recorrência descoberta - em quantidades coletivas

Medindo tais quantidades, que não se referem a partículas individuais, mas caracterizam o sistema como um todo, de fato, foi possível observar a tão procurada recorrência quântica. E não só isso:"Com nosso chip atômico, podemos até influenciar o tempo que leva para o sistema retornar a um estado particular, "diz Jörg Schmiedmayer." Ao medir este tipo de recorrência, aprendemos muito sobre a dinâmica coletiva dos átomos - por exemplo, sobre a velocidade do som no gás ou sobre o fenômeno de espalhamento de ondas de densidade. "

A velha questão, se os sistemas quânticos mostram recorrências, finalmente pode ser respondido:Sim, eles fazem - mas o conceito de recorrência deve ser ligeiramente redefinido. Em vez de tentar mapear o estado quântico interno completo de um sistema, que não pode ser medido de qualquer maneira, faz mais sentido se concentrar em quantidades que podem ser medidas em experimentos quânticos. Pode-se observar que essas quantidades se afastam de seu valor inicial - e voltam ao estado inicial eventualmente.