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#acessibilidade: Fundo abstrato de partículas roxas, vermelhas e azuis. Fonte: Freepik
Texto escrito pelo colaborador Ronei Miotto
Imagine que o mundo que conhecemos é como um jogo de bilhar: você sabe exatamente onde cada bola está e para onde ela vai depois de uma tacada. Esse é o mundo da física clássica. Agora, imagine um mundo onde cada bola é como um fantasma: você não sabe exatamente onde ela está, apenas as áreas onde é mais provável encontrá-la. Bem-vindo ao mundo da Mecânica Quântica. Importante ressaltar que, em tese, este mundo quântico era restrito a partículas com dimensões atômicas, como elétrons, por exemplo.
Nesse reino, tudo sobre uma partícula é descrito por sua «função de onda» — um tipo de mapa de probabilidades.
Um dos truques mais incríveis que esse «fantasma» quântico pode fazer é o tunelamento. Pense em uma bola de gude presa em um vale. Ela oscila de um lado para outro, mas não consegue escapar do vale. Isso ocorre porque ela não tem energia cinética (associada à velocidade) suficiente para superar os picos que a aprisionam. Classicamente, o mesmo deveria ocorrer com um elétron preso, por exemplo, pelo potencial atrativo de um núcleo. Mas no mundo quântico, há uma pequena, mas real, chance de que, num piscar de olhos, o elétron possa se livrar dessa “prisão” e vencer a barreira de potencial.
Esse «truque de mágica» é real e acontece o tempo todo. Segundo a Mecânica Quântica, mesmo que uma partícula esteja confinada em uma região, parte da sua função de onda pode estar do outro lado de uma barreira potencial. Isso implica que, ao medir a posição da partícula, existe uma probabilidade finita de encontrá-la do lado externo da barreira, mesmo que sua energia cinética nunca tenha sido suficiente para ultrapassá-la. Esse fenômeno é conhecido como tunelamento quântico.
O tunelamento quântico está por trás de muitos fenômenos importantes como na fusão nuclear no Sol: as temperaturas no núcleo solar não são altas o suficiente para que os prótons superem a repulsão eletrostática, ou seja, sem o efeito de tunelamento, a fusão não seria possível. Outros exemplos incluem o decaimento radioativo alfa, o funcionamento do Microscópio Eletrônico de Tunelamento com Varredura (STM na sigla em inglês), dentre outros.
Bem, mas onde entra o prêmio Nobel de Física de 2025? Imagine um mundo onde vários desses «fantasmas» pudessem se conectar e agir como um só? Isso acontece nos materiais supercondutores com os chamados pares de Cooper. Nesse tipo de material, bilhões de elétrons formam pares e começam a dançar no mesmo ritmo, compartilhando uma única identidade, uma gigantesca função de onda coletiva.
O feito genial de John Clarke, Michel Devoret e John Martinis foi mostrar que esse imenso grupo de elétrons sincronizados podia tunelar através de uma barreira de potencial! Eles provaram que a «mágica» quântica não era exclusividade de partículas subatômicas, mas podia acontecer em uma escala muito maior. Essa descoberta foi uma das pedras fundamentais que nos permitiu começar a construir as tecnologias do futuro, como os computadores quânticos. Acho que podemos adotar um verbo “tunelar” para expressar grandes avanços de conhecimento, o que acham? Clarke, Devoret e Martinis, tunelaram!
Saiba mais:
Nobel de Física vai para a descoberta de propriedades quânticas em sistemas macroscópicos
Outros:
Onde a química encontra o futuro: as redes “invisíveis” das MOFs (V.8, N.11, P.6, 2025)
Os pontos quânticos e o Prêmio Nobel de Química (V.6, N.10, P.3, 2023)
