Flutuação quântica de vácuo

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Um diagrama de Feynman em que a interação de dois glúons virtuais produz um bóson de Higgs, um quark top e um antiquark top.
Flutuações quânticas de vácuo são amplificadas e evidenciadas através da técnica de decaimento por conversão paramétrica espontânea.

Na física quântica, uma flutuação quântica é a mudança súbita, temporária e inesperada na quantidade de energia em um ponto localizado do espaço [1]. Quando ocorrem em pontos do vácuo são denominadas flutuações quânticas de vácuo.

Isso é rotineiramente observado em processos envolvendo colisões em aceleradores de partículas; essas flutuações de energia vêm em forma esporádica e podem se transformar de fato em partículas de matéria, de acordo com a fórmula de equivalência entre massa e energia de Albert Einstein, .[2][3][4][5][6]

A ideia de flutuações quânticas também fundamenta a introdução de pares de partícula-antipartícula das assim chamadas partículas virtuais em alguns diagramas de Feynman, em Física de Partículas. Em primeira acepção, partículas virtuais não têm existência física, sendo de fato uma peculiaridade matemática atrelada à estrutura lógica dos diagramas; mas permitem também expressar o fato de que flutuações quânticas reais podem induzir reações envolvendo partículas ou alterar os resultados esperados nestas reações.

As flutuações quânticas de vácuo são notórias em proximidades a fontes de energia relativamente intensas, como o laser azul no vídeo acima, que dá origem ao halo vermelho ou verde onde observam-se flutuações quânticas amplificadas; mas sabe-se que mesmo no melhor vácuo há energia residual, e flutuações quânticas de energia nele ocorrem. As flutuações quânticas de vácuo são neste caso detectadas, por exemplo, via experimento de Casimir.

O contrário por muitos alegado, é bom esclarecer que as flutuações quânticas, de vácuo ou em Física de Partículas, não violam a Lei de Conservação de Energia. Uma má interpretação do Princípio da Incerteza geralmente aparece envolvida no contexto; colocando-o efetivamente como a fonte da energia extra envolvida ou como uma autorização para momentâneas violações da Lei de Conservação da Energia; o que não é correto [7][8].

As flutuações quânticas podem ter sido muito importantes na origem da estrutura do universo: de acordo com o modelo de inflação as que existiam quando a inflação começou foram amplificadas e formaram a semente de toda estrutura observável atual.

Supõe-se que a energia de vácuo também pode ser responsável pela atual expansão acelerada do universo (constante cosmológica).

Ver também

Referências

  1. ↑ Browne, Malcolm W. (21 de agosto de 1990). «New Direction in Physics: Back in Time». The New York Times. Consultado em 22 de maio de 2010 
  2. ↑ Confirmado: a matéria é resultado de flutuações do vácuo quântico
  3. ↑ S. Kronfeld, Andreas (21 de Novembro de 2008). «The Weight of the World Is Quantum Chromodynamics» (em inglês). Science. pp. 1198–1199. doi:10.1126/science.1166844. Consultado em 11 de outubro de 2017 
  4. ↑ O despertar do vácuo
  5. ↑ Efeitos de flutuação do vácuo na eletrodinâmica quântica
  6. ↑ C. M. Wilson, G. Johansson, A. Pourkabirian, M. Simoen, J. R. Johansson, T. Duty, F. Nori, P. Delsing (17 de Novembro de 2011). «Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit» (em inglês). Nature. pp. 376–379. doi:10.1038/nature10561 
  7. ↑ Como literalmente dito por David J. Griffiths: "It is often said that the uncertainty principle means that energy is not strictly conserved in Quantum Mechanics – that you are allowed to borrow energy ΔE, as long as you pay it back in a time Δt ≈ ℏ ⁄2ΔE; the greater the violation, the briefer the period over which it can occur. There are many legitimate readings of the energy-time uncertainty principle, but this is not one of them. Nowhere does Quantum Mechanics license violation of energy conservation, and certainly no such authorisation entered into the derivation of Eq 3.151 (ΔE Δt≥ℏ/2)".
  8. ↑ Explore The Vacuum Fluctuation Myth in Quantum Theory. Acessado em 08/05/2022 no sítio eletrônico: https://www.physicsforums.com/insights/vacuum-fluctuation-myth/

Bibliografia

  • James E. Lidsey, The Bigger Bang, Cambridge University Press, 2002 ISBN 1-139-44105-1 (em inglês)
  • Gabriel D. Roy, Advances in Chemical Propulsion: Science to Technology, CRC Press, 2001 ISBN 1-420-04068-5 (em inglês)