O documento discute experimentos para observar efeitos quânticos em sistemas maiores, como vírus e tardígrados. Cientistas tentarão colocar um vírus em superposição quântica usando campos laser no vácuo para isolar o vírus da decoerência. Tardígrados, organismos extremamente resistentes, também são considerados para testar os limites da mecânica quântica em sistemas maiores.

1. Efeitos Quânticos
em seres vivos

2. Objetos "quânticos" podem ter
simultaneamente dois comportamentos
distintos.
Estar simultaneamente
em dois locais diferentes.
Imagine esse comportamento
no mundo macro.

3. Está se tentando fazer em laboratório
Superposição de estados no nível
macro.
Comportamento este, que no macro,
deveria ser destruído pela interferência
com o mundo exterior.

4. Os maiores objetos em que se
conseguiu observar
o comportamento quântico,
em laboratório, foram moléculas.
Para seres de grandes dimensões, como
um gato ou um humano,
é muito difícil observar o comportamento
quântico, porque as moléculas do ar e os
fótons
destroem-no constantemente (decoerência).

5. Mas esse comportamento poderia ser
possível para formas de vida de
dimensão muito pequena.

6. Espera-se por estas idéias a prova,
no vírus da gripe,
já que este exibe algumas propriedades
típicas dos seres vivos
e ao mesmo tempo,
podem sobreviver no vácuo,
o que resolve
a interferência dos fótons (decoerência)
e das moléculas da atmosfera,
e também possuem as dimensões
adequadas, cem milionésimos de
milímetro.

7. A experiência à qual tenciona-se
submeter um vírus, usa um campo
eletromagnético produzido por laser, que
vai aprisionar o vírus no vácuo.

8. A seguir, com um segundo laser,
vai-se reduzir os movimentos do vírus
até fazê-lo atingir o seu estado de
energia mais baixo.

9. E por último, vai-se alvejar o vírus
com um fóton.
O dispositivo
deverá conseguir
colocar o vírus
numa
superposição
quântica
de dois estados.

10. A maioria dos físicos acredita que o
comportamento quântico manifesta-se
apenas para objetos muito pequenos
devido à dificuldade em os isolar do seu
ambiente.
A questão é descobrir quais serão esses
limites.

11. E descobrir até onde se
podem observar efeitos
quânticos,
em particular
em sistemas ou
seres vivos maiores.
Em princípio não há nenhuma limitação
fundamental
à realização deste tipo de experiências
com objetos maiores.

12. Essas experiências podem ser um
primeiro passo para abordar
experimentalmente questões
fundamentais, tais como
o papel da vida
e da consciência
na física quântica.
E até as implicações nas nossas
interpretações da mecânica quântica.

13. Se um ser vivo puder permanecer
em superposição quântica,
poderia tentar-se encontrar maneiras de
testar a validade das diferentes
interpretações da teoria,
a de Copenhagem e
a dos multiversos.

14. Há quem ache que os vírus
não são realmente seres vivos
e que, portanto,
o sucesso da experiência
com um vírus
não significará
que foi possível criar uma superposição
quântica
num ser vivo.

15. Partículas, átomos, moléculas e grandes
moléculas têm-se portado como a
mecânica quântica.
Foram feitas experiências de
superposição quântica com moléculas de
fulereno (C60), que são objetos
nanoscópicos tais como os vírus.

16. Um vírus não passa de uma molécula
grande e complexa
e é discutível se é um organismo vivo
pode estar na transição
entre o não vivo e o vivo.

17. Em vez de vírus pensa-se também em usar
o urso d’água.

18. Com menos de 1 mm de
comprimento,
é uma das menores criaturas
existentes, possuem a maior
resistência já estudada e
é encontrado nos mais variados
habitats aquáticos conhecidos:
gelo, leitos de rios, lagos,
oceanos, fontes termais e
nos musgos que crescem nos
telhados.

19. Possui um corpo pequeno e segmentado em
quatro partes,
coberto por uma cutícula,
ou película, protetora.
Apresenta oito membros, com um conjunto
de garras terminais.

20. Caminham
lentamente
(tardígrados),
existem
centenas de
espécies
conhecidas e
as fêmeas
colocam de
1 a 30 ovos por
vez.

21. A bordo de um foguete quatro espécies de
tardígrados,
foram expostos às condições do espaço.
A radiação ultravioleta, 1.000 vezes maior que
na Terra, deveria destruir seus cromossomos.
Mas depois de dez dias, o tardígrado sobreviveu.

22. Eles podem resistir a uma enorme gama de
temperaturas de -270 °C a 150 °C,
vácuo ou a pressão de uma coluna de água de
60 km de profundidade ou 600 Mpa.

23. No laboratório, os cientistas conseguiram
manter tardígrados em um estado de criptobiose
e depois de oito anos eles voltaram à vida.
Para entrar criptobiose, eles retraem suas oito
patas e ficam quase completamente
desidratados, perdem mais de 99% de sua água.

24. Durante este período,
ele se protege em uma
pequena bola de cera
chamado barril que
limita a perda de água.

25. Tardígrados foram encontrados
em uma folha de 2 mil anos e voltou à vida.
Esta forma de resistência permite suspender o
tempo.

26. Mas de onde vem essa resistência
excepcional?
O tardígrado é tão resistente aos extremos,
que nos perguntamos, por quê?
Uma vez que estas condições não estão
presentes na Terra.
O tardígrado ainda é um animal excepcional
que pode nos ensinar muito sobre a vida no
universo.

27. ExpErimEnto
Em quE o mundo
quântico
"comunica-sE"
com o mundo
macro

28. Cientistas austríacos estabeleceram uma
interação entre luz e
um ressonador micromecânico
que é forte o bastante
para transferir efeitos quânticos
para o mundo macroscópico.
Este é um passo importante para saber
até que ponto
as leis da física quântica
aplicam-se ao mundo dos objetos
em escala humana.

29. As pesquisas começaram com pequenos
objetos
que oscilam mecanicamente,
chamados ressonadores, que se
comportam como se fossem pêndulos.

30. Como existem ressonadores
com tamanhos, que vão, desde vários
centímetros até algumas centenas de
nanômetros, eles são os maiores objetos
em que se pode testar
a teoria quântica.

31. O objetivo da pesquisa é transferir as
propriedades de um sistema quântico
de:
– um átomo, um elétron ou um fóton
para:
– o objeto mecânico macroscópico.

32. Para isso, são necessárias duas
condições:
1º) O ressonador mecânico deve ser
resfriado até próximo do zero absoluto;
2º) A força entre o ressonador mecânico e
o átomo, elétron ou fóton deve ser forte o
suficiente para superar o decaimento das
propriedades quânticas (decoerência).

33. Um grupo Austríaco conseguiu criar
o mais forte acoplamento entre um
objeto mecânico e fótons.
O ressonador usado mede
50⋅10-6
m de largura e
150⋅10-6
m de comprimento
um grão de poeira, visível a olho nu.

34. Para gerar o acoplamento forte
necessário, os pesquisadores utilizaram
um princípio bem conhecido na óptica
quântica:
um ressonador óptico,
que é a reflexão de um fóton
entre dois espelhos.

35. Como a reflexão de um único fóton não
gera a força suficiente
para acionar o ressonador mecânico, o
fóton é injetado
entre dois espelhos paralelos,
onde fica refletindo entre um e outro
até adquirir energia suficiente
para escapar através de um dos
espelhos,
que não é um refletor perfeito.

36. Na imagem vemos,
um pequeno espelho,
com 50⋅10-6
m de diâmetro,
é conectado ao ressonador
mecânico, de tal forma que,
quando os fótons atingem
o espelho,
eles exercem uma força sobre
o pêndulo mecânico, fazendo-
o oscilar.

37. Com o número suficiente de fótons,
capazes de superar a tendência
à decoerência,
a troca de energia entre a luz
e o oscilador mecânico
acontece mais rapidamente do que
o tempo que os fótons precisam
para sair da armadilha óptica,
com isso, o movimento da luz
e do ressonador mecânico
entram em sintonia,
ficando acoplados.

38. Este é o primeiro experimento a
demonstrar a interação entre um pêndulo
em escala macro
e um sistema quântico.
Estamos no limiar de ser capazes de
testar até que ponto
as leis da física quântica
são válidas no mundo macro.

39. O Efeito Casimir

40. Em 1948 o físico Holandês Hendrik
Casimir dos Laboratórios de Pesquisa
Philips tentava entender porque o
movimento das partículas de gordura
forma finos glóbulos na água, ou seja,
uma emulsão.

41. Casimir começou a reconsiderar a então
conhecida interação
de van der Waals,
e encontrou uma maneira diferente
de encarar o problema.

42. Essas interações entre as partículas
poderiam ser calculadas de uma outra
forma, recorrendo-se às chamadas
oscilações quânticas do vácuo.

43. Mais tarde essa interação veio a ser
conhecida como força de Casimir.
Segundo a teoria quântica do
eletromagnetismo, o vácuo é composto
por flutuações decorrentes da soma das
energias de ponto zero de todas as
freqüências possíveis.

44. Se considerarmos todo o espaço de
freqüências essa energia será infinita.
O que o Efeito Casimir mostra
é que se duas placas paralelas,
eletricamente neutras, forem colocadas
muito próximas, haverá uma mudança no
valor da energia do vácuo entre as
placas.

45. Isso ocorre porque quando o campo
eletromagnético quantizado é confinado,
suas oscilações, devem satisfazer a
certas condições sobre as superfícies
que determinam a região do
confinamento.
Essas condições são chamadas de
condições de fronteira e restringem as
possíveis freqüências de oscilação.

48. Um efeito semelhante acontece com as
cordas de um violão.
Se ela fosse infinita, sem extremidades
fixas, quaisquer freqüências poderiam
ser emitidas.
Mas como isso não é verdade, somente
algumas delas são permitidas e portanto
somente algumas notas musicais são
possíveis.

50. O efeito Casimir pode ser observado
quando aproximamos duas placas
de ouro com 1 cm2
de área cada,
a uma distância de alguns micrometros (1µ
= 10-6
m)
Pode-se medir a
intensidade da
atração entre as
placas, devido a
força Casimir.

51. O efeito Casimir é resultado da
alteração do espectro de freqüências de
vibração do campo eletromagnético,
em razão da imposição de condições de
fronteira exigidas,
pela presença de placas metálicas.

52. Outra maneira de ver o fenômeno é
encarar que uma parte dos fótons
virtuais, que compõem o vácuo quântico
entre as placas, é suprimida pela
presença das placas metálicas, levando
a uma diminuição da energia desse
vácuo e, conseqüentemente,
ao aparecimento de uma força atrativa,
de acordo com o princípio de
minimização de energia.

54. Essas condições alteram as flutuações
na região interior as placas, resultando
numa pressão menor do que a pressão
de todo o espaço restante, fazendo com
que as placas se atraiam.
O mais interessante nisso tudo é que a
força de Casimir é uma manifestação
macroscópica das propriedades
microscópicas do vácuo quântico.

55. Fim da 5ª parte