Experimento revela efeitos quânticos na Termodinâmica

Destaque em Física, semana de 16 de outubro de 2014

destaque-16102014A termodinâmica é um dos pilares da física clássica. Contudo, investigá-la em termos quânticos, que envolve o cômputo da aleatoriedade de certas propriedades de cada partícula individual, exige experimentos que até agora se mostravam difíceis de realizar.

Um passo importante nesse sentido acaba de ser dado por um grupo de pesquisadores brasileiros, em colaboração com colegas no Reino Unido. Eles conseguiram reconstruir experimentalmente a distribuição de probabilidade de trabalho em um sistema quântico fechado fora do equilíbrio.

Trabalho é classicamente definido pelo produto da força feita sobre um objeto pelo deslocamento que ele executa. Na mecânica quântica, o conceito precisa ser redefinido, em razão da natureza não-determinística dos sistemas quânticos (ou seja, é impossível prevê-los a cada momento com exatidão) e dos efeitos de flutuações quânticas, que também introduzem incertezas.

Diversas investigações teóricas da questão produziram a descrição de efeitos teoricamente observáveis, como as relações de Crooks e Jarzynski. Mas nada disso havia sido visto experimentalmente.

A história acaba de mudar com o trabalho que tem por autores Tiago B. Batalhão e Roberto M. Serra, da Universidade Federal do ABC, em Santo André (SP), além de Alexandre M. Souza, Ruben Auccaise, Roberto S. Sarthour e Ivan S. Oliveira, do CBPF (Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas), no Rio de Janeiro.

Eles criaram um dispositivo que usa espectroscopia de ressonância magnética nuclear para medir o spin individual dos núcleos atômicos de hidrogênio e carbono numa amostra de clorofórmio líquida. “O resto da molécula pode ser desconsiderado, forncedendo efeitos ambientais leves que, na escala de tempo dos nossos experimentos, são não-essenciais para os nossos resultados”, explicam os pesquisadores, em seu artigo publicado na “Physical Review Letters” em 3 de outubro, destacado como “Sugestão do Editor”.

Os resultados mostraram bom encaixe com as previsões teóricas do teorema de Crooks e da relação de Karzynski, indicando que há um caminho experimental para a exploração desses fenômenos.

Apesar de os resultados obtidos se limitarem à termodinâmica das partículas individualmente, os pesquisadores acreditam que o trabalho possa inspirar técnicas experimentais que ajudem a investigar outros fenômenos que envolvam problemas quânticos de muitos corpos, mais difíceis de ser explorados.

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