Panorama


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O quanto a física quântica está presente em nosso mundo macroscópico é uma questão aberta. Até agora nenhum experimento conhecido contradisse as predições da física quântica.

Como humanos, nós nos vemos em um mundo clássico, diversos modelos teóricos assumem limites para o princípio da superposição quântica. Alguns relacionam isso com o aumento da complexidade, mas a maioria relaciona com o aumento da massa dos objetos.

A natureza quântica da matéria biológica complexa?

O argumento de complexidade levanta a questão, se alguém poderia fornecer evidências ou mesmo uso da natureza quântica da matéria biológica. Esta questão possui um fundo filosófico e muitas oportunidades de aplicações. Seremos capazes de mostrar a natureza ondulatória das vitaminas, aminoácidos, peptídeos, proteínas ou estruturas auto-replicantes, tais como plasmídeos ou vírus? Se sim, podemos usar o padrão de interferência para aprender algo sobre esses objetos – por exemplo, se utilizarmos interferometria em campos elétricos externos, ópticos ou magnéticos? Os métodos interferométricos permitem a medição de pequenas interações e possuem um grande potencial como sensores. Tais questões são atualmente estudadas no projeto Probiotiqus do ERC e na plataforma de pesquisa QuNaBioS.

Limites de massa para a interferência quântica?

O argumento das massas é particularmente interessante, pois hoje não existe uma teoria unificada entre a física quântica e a gravidade. Há também modelos matemáticos elaborados que lidam com a possibilidade de que a deslocalização de objetos massivos seria reduzida por colapsos aleatórios da função de onda a uma taxa fixa (Continuous Spontaneous Localization, CSL). Tais questões estão atualmente sendo exploradas no projeto da UE, NanoQuestFit, no qual experimento e teoria tem sido explorados em conjunto. Os experimentos da Universidade de Viena atualmente mantém o recorde de massa com \(  m \gt 10’000\, \mathrm{amu}\) (no ano de 2014).

Desafios?

Um desafio prático particular na exploração de sistemas quânticos muito massivos é o seu pequeno comprimento de onda de de Broglie. Quanto menor o comprimento de onda, mais próximas estão as franjas de difração. Interferômetros recentes nos laboratórios vienenses são compatíveis com \(  \lambda_{dB} \ge 200\, \mathrm{fm}\). Isso já é 10.000 vezes menor que o tamanho típico de uma única molécula orgânica. Para manter o comprimento de onda nesta região, o momento molecular \( p=h/\lambda_{dB} \) necessita estar também na região de \( p = 2\times 10^6\, \mathrm{amu\cdot m/s} \).

Um passo importante na pesquisa é também o desenvolvimento de novas fontes e de novos detectores eficientes para moléculas lentas, neutras e nanopartículas massivas e de massa selecionada; a descrição teórica dessas partículas e suas propriedades elétricas, ópticas e magnéticas; assim como a compreensão de suas interações quânticas com elementos difrativos.

Em todo caso, neste campo de pesquisa interdisciplinar, muitas sinergias entre óptica quântica, química sintética, biologia molecular e nanotecnologia estão surgindo.