Quantum

Tunelamento Quântico

A cerca de 150 mil quilômetros de nós há uma enorme esfera de plasma quente, a qual chamamos de Sol. Assim como qualquer outra estrela, o Sol produz energia pela colisão de núcleos atômicos mais leves para formar um elemento mais pesado. Esse processo, chamado de fusão nuclear, é crucial para a existência de cada estrela no universo.

Porém, existe um problema. Os núcleos colidindo são positivamente carregados, o que signifca que eles se repelem eletricamente. Como os núcleos se fundem então? Há uma outra força - a força nuclear forte - que os aproxima, mas só quando eles já estão bem próximos um do outro. Assim, os núcleos devem ter uma enorme quantidade de energia (e consequentemente velocidade) para se aproximarem ao ponto onde a atração da força nuclear forte sobrepõe a repulsão elétrica para os núcleos se fundirem. Mas quando a temperatura do Sol foi determinada pelo seu espectro, descobriu-se que ela não chega nem perto dos valores necessários para a fusão nuclear. Em outras palavras, o Sol simplesmente não deveria brilhar. Essa conclusão é obviamente errada o Sol evidentemente brilha, graças a um fenômeno peculiar da física quântica - o tunelamento quântico.

O tunelamento quântico é um fenômeno no qual particulas ou até mesmo átomos inteiros tem uma certa probabilidade de superar uma barreira, mesmo que eles não tenham energia suficiente para supera-la, o que vai indubitavelmente contra os princípios da física clássica. Esse fenômeno pode não parecer tão peculiar à primeira vista, mas o oposto é verdade. Seria, provavelmente, muito estranho se uma pessoa corresse na direção de uma parede e aparecesse do outro lado ou mesmo dentro da parede. Por mais incrível que pareça, isso é essencialmente o que acontece com objetos do micromundo durante o tunelamento quântico.

O tunelamento quântico pode ser explicado usando o princípio de sobreposição quântica e o princípio da incerteza. Como? De acordo com a física clássica, o Sol não tem temperatura suficiente para fazer com que os núcleos se aproximem o suficiente para que a fusão ocorra. Porém o princípio da sobreposição quântica estabelece que os núcleos podem estar em mais de um lugar ao mesmo tempo (devido a sua natureza de onda), assim, há uma certa probabilidade de que eles se aproximem o suficiente e se fundam. De acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg, há sempre uma incerteza no momento de um objeto, assim de tempos em tempos, um ou ambos os núcleos obtêm uma imensa velocidade (momento) e se fundem.

O tunelamento quântico é um dos poucos fenômenos da mecânica quântica cujas consequências podem ser fortemente notadas do macromundo também. A estrutura de nossos corpos, por exemplo, é determinada pela molécula de DNA. Porém, tem sido teorizado que prótons dentro da molécula podem passar por tunelamento quântico e, assim, mudar nossa composição genética! Essas mutações genéticas aleatórias causadas pelo tunelamento quântico podem ainda ser relacionadas com a existência de câncer, mas é necessária mais pesquisa. Tunelamento também ocorre durante decaimento radioativo ou em discos flash.