O princípio da superposição quântica foi testado em uma escala como nunca antes em um novo estudo realizado por cientistas da Universidade de Viena em colaboração com a Universidade de Basel. Quente, moléculas complexas compostas por quase dois mil átomos foram colocadas em uma superposição quântica e feitas para interferir. Ao confirmar este fenômeno - "o coração da mecânica quântica, "nas palavras de Richard Feynman - em uma nova escala de massa, restrições aprimoradas em teorias alternativas para a mecânica quântica foram colocadas. O trabalho será publicado em Física da Natureza .

Quantum para clássico?

O princípio de superposição é uma marca registrada da teoria quântica que emerge de uma das equações mais fundamentais da mecânica quântica, a equação de Schrödinger. Ele descreve as partículas na estrutura das funções de onda, que, muito parecido com as ondas de água na superfície de uma lagoa, pode apresentar efeitos de interferência. Mas, em contraste com as ondas de água, que são um comportamento coletivo de muitas moléculas de água em interação, ondas quânticas também podem ser associadas a partículas únicas isoladas.

Talvez o exemplo mais elegante da natureza ondulatória das partículas seja o experimento de dupla fenda, em que a função de onda de uma partícula passa simultaneamente por duas fendas e interfere. Este efeito foi demonstrado para fótons, elétrons, nêutrons, átomos e até moléculas, e levanta uma questão com a qual os físicos e filósofos têm lutado desde os primeiros dias da mecânica quântica:como esses estranhos efeitos quânticos fazem a transição para o mundo clássico com o qual estamos todos familiarizados

Abordagem experimental

Os experimentos de Markus Arndt e sua equipe na Universidade de Viena abordam esta questão da maneira mais direta possível, isso é, mostrando interferência quântica com objetos cada vez mais massivos. As moléculas nos experimentos recentes têm massas maiores que 25, 000 unidades de massa atômica, várias vezes maior do que o recorde anterior. Uma das maiores moléculas enviadas através do interferômetro, C707H260F908N16S53Zn4, é composto por mais de 40, 000 prótons, nêutrons, e elétrons, com um comprimento de onda de de Broglie que é mil vezes menor que o diâmetro de até mesmo um único átomo de hidrogênio. Marcel Mayor e sua equipe da Universidade de Basel usaram técnicas especiais para sintetizar essas moléculas massivas que eram suficientemente estáveis ​​para formar um feixe molecular em ultra-alto vácuo. A comprovação da natureza quântica dessas partículas também exigia um interferômetro de onda de matéria com uma linha de base de dois metros de comprimento, construído especialmente em Viena.

Modelos quânticos alternativos e macroscopicidade

Uma classe de modelos que visa reconciliar a aparente transição de um regime quântico para um clássico prevê que a função de onda de uma partícula colapsa espontaneamente com uma taxa proporcional à sua massa ao quadrado. Ao mostrar experimentalmente que uma superposição é mantida para uma partícula pesada por um determinado período de tempo, portanto, diretamente estabelece limites sobre a frequência e o quão localizado esse processo de colapso pode ser. Nestes experimentos, as moléculas permaneceram em uma sobreposição por mais de 7 ms, tempo suficiente para definir novos limites interferométricos em modelos quânticos alternativos.

Uma medida generalizada chamada macroscopicidade é usada para classificar o quão bem os modelos alternativos são descartados por tais experimentos, e os experimentos de Fein et al. publicado em Física da Natureza na verdade, representam um aumento de ordem de magnitude na macroscopicidade. "Nossos experimentos mostram que a mecânica quântica, com toda a sua estranheza, também é incrivelmente robusto, e estou otimista de que experiências futuras irão testá-lo em uma escala ainda mais massiva, "diz Fein. A linha entre o quantum e o clássico está ficando cada vez mais borrada.