As aspas tinham a força da tradição - e a tradição da força - por trás delas.

Quando Herman Batelaan de Nebraska e seus colegas recentemente enviaram um artigo de pesquisa que defende a existência de um não-newtoniano, força quântica, o jornal pediu que colocassem "força" firmemente entre aspas. A equipe entendeu e concordou com o pedido.

Afinal, a palavra pertence há muito tempo à física newtoniana clássica:reações iguais e opostas, eletromagnetismo, gravidade e outras leis que explicam a queda da maçã, fenômenos de bater a cabeça da experiência cotidiana.

Por contraste, Batelaan e seus co-autores estavam usando a palavra no contexto da física quântica que descreve o infinitesimalmente pequeno - onde a posição e a velocidade das partículas subatômicas são definidas por probabilidades em vez de valores precisos, onde os elétrons se comportam simultaneamente como partículas e ondas, e onde outras imprecisões contra-intuitivas governam o reino.

Esse reino ficou ainda mais confuso em 1959, quando um experimento proposto sugeria que a mera proximidade de uma força clássica - em vez da própria força - poderia se impor ao mundo físico. No experimento, dois fluxos de elétrons navegam de cada lado de uma bobina cujo campo magnético é totalmente protegido desses elétrons.

Apesar do fato de nenhum fluxo de elétrons passar pelo campo magnético real, os pesquisadores determinaram que as probabilidades quânticas dos elétrons passariam por mudanças mensuráveis ​​que dependem da força do campo magnético. Experimentos posteriores confirmaram a presença do chamado efeito Aharonov-Bohm.

Mas se a existência do estranho efeito fosse indiscutível, a natureza disso não. Anton Zeilinger, um dos conselheiros de pós-doutorado de Batelaan, introduziu um teorema sugerindo que o efeito Aharonov-Bohm não representa ou resulta de uma força. No momento em que experimentos subsequentes de Batelaan e outros confirmaram que o efeito não atrasou o tempo de chegada dos elétrons - algo que se esperava que uma força fizesse - o teorema de Zeilinger ganhou amplo apoio.

Anos depois que Zeilinger propôs seu teorema, no entanto, os físicos Andrei Shelankov e Michael Berry rebateram afirmando que o efeito Aharonov-Bohm surge do equivalente quântico de uma força. Mesmo que essa força não diminua a velocidade dos elétrons, Shelankov previu que poderia modificar suas trajetórias de vôo, desviando-as ligeiramente.

"Por si próprios, você pode entender a derivação de cada teoria, "disse Batelaan, professor de física e astronomia em Nebraska. "Ambos parecem certos, mas eles estão em conflito um com o outro. Então, vasculhamos nossos cérebros para chegar a uma teoria que fornecesse as duas respostas. Nós entendemos que deveria haver uma estrutura maior.

"Implorou para resolver o conflito teórico. Implorou para um experimento."

Então Batelaan e seus colegas, incluindo a ex-orientadora de doutorado Maria Becker, estabeleceram uma meta elevada:demonstrar a previsão de Shelankov e, ao mesmo tempo, acomodar o teorema de Zeilinger. Seu experimento, realizado na Universidade de Antuérpia, assemelhava-se a muitos que o precederam:feixes de elétrons navegando em direção a uma haste nanoscópica cujo campo magnético estava protegido das partículas. Quando a magnetização da haste era zero, os padrões de onda que os elétrons formaram depois de ricochetear - padrões semelhantes a ondulações sobrepostas na água - eram simétricos.

No entanto, quando a equipe aumentou a magnetização, esses padrões de difração tornaram-se assimétricos - evidência indireta de uma força não newtoniana empurrando os elétrons para a esquerda ou para a direita. E como a equipe esperava, inverter a direção da magnetização também inverteu a direção da assimetria, apoiando ainda mais a ideia de um fenômeno quântico que pode afetar a matéria de maneiras semelhantes às forças newtonianas clássicas.

Quanto ao teorema de Zeilinger? De acordo com a análise da equipe, as suposições teóricas que ele fez não se aplicam ao movimento lateral implícito no estudo. Dado que, Batelaan disse, o estudo não invalida Zeilinger. Em vez de, a equipe mostrou matematicamente que seus resultados previstos por Shelankov e o teorema de Zeilinger são dois casos especiais de um teorema abrangente.

Batelaan comparou aproximadamente a situação a uma em que uma bola começa a rolar ao longo de uma plataforma plana. Elevar e abaixar lentamente essa plataforma pode mudar o destino da bola em um plano, mesmo que sua velocidade e tempo de chegada permaneçam os mesmos. Olhando para baixo na plataforma, um observador poderia deixar de perceber que qualquer mudança ocorreu; pode se tornar aparente apenas após a mudança de perspectivas.

A questão da perspectiva também informa a interpretação do estudo, Batelaan disse. As forças clássicas operam localmente, afetando apenas a matéria adjacente a essas forças. Mas a mecânica quântica - notavelmente o emaranhamento quântico, por meio do qual mudanças em uma partícula se manifestam simultaneamente em outra partícula emaranhada que poderia teoricamente residir a anos-luz de distância - não é limitada pela distância.

Batelaan disse que os resultados da equipe podem ser interpretados como evidência de uma força similarmente não local.

"Aqui, temos uma situação que não é local, mas diferente do emaranhamento quântico, "Batelaan disse." É um fenômeno de uma partícula, não é um fenômeno de duas partículas. Então, essa ideia de coisas acontecendo sem uma força pode ser aplicada em um contexto diferente? Isso é muito raro. É muito, muito especial. Acho que o que descobrimos aqui é, de fato, outro exemplo disso.

"Acho que isso reforça a ideia de que a natureza pode ser não local. Esta é uma grande questão. As coisas que faço aqui afetam as coisas em outro lugar, sem um intermediário claro? "

O fato de Batelaan ter encontrado evidências para isso não significa que ele tenha que gostar, no entanto.

"Eu acho nojento, "Batelaan disse, rindo. “Eu vivo no mundo clássico. Tudo o que vejo ao meu redor, vejo acontecendo por causa de forças. Se há coisas acontecendo sem forças, por que não posso usá-los? Por que não há mais exemplos disso?

"Como princípio físico, deve estar em toda parte. Mas somos (possivelmente) muito cegos para ver isso. "

Os pesquisadores relataram suas descobertas no jornal Nature Communications .