O tempo sempre foi tratado como algo contínuo, fluido e universal. No entanto, quando observamos o universo em sua menor escala, essa ideia começa a falhar. No mundo quântico, processos fundamentais não acontecem de forma instantânea e, mais surpreendente ainda, sua duração depende da estrutura interna da matéria.
Pesquisadores da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) desenvolveram uma nova abordagem para medir a duração real de eventos quânticos sem recorrer a relógios externos. Em vez disso, eles utilizaram propriedades internas dos próprios elétrons para revelar quanto tempo leva uma transição quântica, como a absorção de um fóton.
Logo de início, o estudo mostra algo contraintuitivo: eventos que pareciam instantâneos duram dezenas ou até centenas de attossegundos (1 attossegundo = 10⁻¹⁸ segundos). Esse intervalo é tão pequeno que a luz mal conseguiria atravessar uma partícula microscópica nesse tempo. Em resumo, a descoberta se apoia em três pilares principais:
- O tempo quântico pode ser medido sem relógios externos;
- A duração das transições depende da geometria atômica do material;
- Estruturas mais simples apresentam eventos quânticos mais lentos.
O relógio escondido dentro do elétron
Tradicionalmente, medir tempos tão curtos exige instrumentos externos, como pulsos ultrarrápidos de laser. O problema é que esses dispositivos podem interferir no próprio fenômeno observado. Para contornar isso, os cientistas analisaram o spin do elétron, uma propriedade quântica que funciona como uma espécie de assinatura interna do processo.
Quando um elétron absorve luz e escapa de um material, ele pode seguir múltiplos caminhos quânticos ao mesmo tempo. Esses caminhos interferem entre si e deixam marcas no spin. Ao interpretar esse padrão de interferência quântica, foi possível reconstruir a duração da transição sem perturbar o sistema.
Quando a forma da matéria desacelera o tempo
A parte mais reveladora do estudo surge ao comparar diferentes materiais. Em estruturas tridimensionais, como o cobre, as transições ocorreram em cerca de 26 attossegundos. Já em materiais em camadas, como TiSe₂ e TiTe₂, o tempo subiu para aproximadamente 150 attossegundos. Em estruturas ainda mais simples, como o CuTe, em forma de cadeia, a duração ultrapassou 200 attossegundos. Ou seja, quanto menor a simetria e a conectividade atômica, mais lento é o evento quântico.
Essa descoberta não apenas redefine como entendemos o tempo na mecânica quântica, mas também abre novas possibilidades tecnológicas, já que saber exatamente quanto tempo leva uma transição eletrônica é essencial para áreas como computação quântica, espintrônica, desenvolvimento de materiais quânticos avançados e nanotecnologia.
Além disso, o estudo publicado na revista científica Newton sugere que o tempo, no nível quântico, não é uma entidade externa ao sistema, mas sim uma propriedade emergente da própria matéria. Em outras palavras, o universo microscópico possui seu próprio ritmo interno, e agora começamos, finalmente, a medi-lo.
