Um grupo de físicos liderado por Yansheng Zhang, da Universidade de Cambridge, conseguiu fotografar pela primeira vez flutuações quânticas em um campo produzido em laboratório. O resultado, descrito em um preprint publicado no arXiv, reforça a ideia de que o espaço “vazio” está repleto de pequenas variações energéticas previstas pela mecânica quântica.
O que são as flutuações quânticas do vácuo
O vácuo não é um lugar completamente parado. Segundo a mecânica quântica, mesmo um campo em seu estado de menor energia oscila de forma inevitável, por causa do princípio da incerteza de Heisenberg. Em termos práticos, esse movimento se assemelha à estática de uma TV sem sinal, e há décadas existem indícios indiretos de que é assim mesmo.
O que os pesquisadores fizeram foi observar essas flutuações diretamente, em uma configuração conhecida como limite sine-Gordon. Com isso, abre-se caminho para simulações de campos relativísticos que hoje são difíceis de calcular na teoria.
Por que isso importa
Flutuações de vácuo não são só especulação. Elas explicam o decaimento espontâneo de átomos excitados, que emitem um fóton ao passar para um estado mais baixo de energia, e pequenas diferenças nos níveis de energia dos elétrons do hidrogênio.
O efeito Casimir é outro exemplo: placas condutoras colocadas bem próximas em um vácuo sentem uma força que as aproxima, resultado da diferença entre as flutuações dentro e fora delas. Elas também participam da radiação de Hawking, prevista na fronteira de buracos negros, e ajudam a entender por que a radiação eletromagnética se comporta de forma tão peculiar.
Na cosmologia, essas minúsculas variações primordiais teriam sido esticadas durante a inflação cósmica. Delas se formaram os aglomerados de matéria que deram origem à teia de galáxias vista hoje no universo.
Cada modo do campo se comporta como um oscilador
A teoria quântica de campos enxerga o universo como preenchido por campos, dos quais as partículas surgem como excitações. Cada campo pode ser dividido em modos de diferentes comprimentos de onda, um pouco como as variadas formas de vibrar de uma corda de violão.
Cada modo age como um oscilador harmônico quântico. Graças à incerteza quântica, mesmo no nível mais baixo de energia esse oscilador nunca fica perfeitamente imóvel — é desse balanço permanente que nascem as flutuações observadas. A técnica utilizada em Cambridge abre uma nova janela para estudar efeitos que ocorrem em regimes ainda não explorados pela teoria.
Quem quer acompanhar outros avanços recentes da física encontrará exemplos parecidos em outras descobertas do site. É possível ver como ondas sonoras podem proteger informações quânticas e conferir o que o telescópio de raios X Chandra, da Nasa, flagrou em uma nova galeria de galáxias.