Physics Fun 1:00

Tunelamento Quântico para Crianças

1A Grande Fuga das Partículas

No nosso dia a dia, se você joga uma bola contra uma parede de tijolos sólida, ela sempre volta. No entanto, no mundo microscópico da física quântica, as regras são feitas para serem quebradas! O tunelamento quântico é um fenômeno onde partículas minúsculas, como elétrons, agem mais como ondas borradas do que como bolinhas sólidas. Como essas partículas são "ondas de probabilidade", elas podem, às vezes, aparecer do outro lado de uma barreira sem nunca realmente colidir com ela. É como se um fantasma atravessasse uma porta trancada—só que no mundo quântico, isso acontece naturalmente o tempo todo!

2Alimentando as Estrelas e o Seu Celular

Você pode pensar que essa "mágica" só acontece em laboratório, mas você a está usando agora mesmo. Dentro do seu smartphone ou tablet, existem bilhões de pequenos interruptores chamados transistores. Esses interruptores são tão pequenos que os elétrons realmente fazem um túnel através das barreiras dentro do processador bilhões de vezes por segundo para ajudar seus aplicativos a rodarem. Ainda mais incrível, nós não estaríamos aqui sem o tunelamento quântico. O Sol cria luz e calor fundindo átomos de hidrogênio, mas esses átomos, na verdade, se repelem. Eles só chegam perto o suficiente para se fundir porque fazem um "túnel" através de uma parede de energia, criando a luz do sol que aquece nosso planeta.

3Por Que Não Podemos Atravessar Paredes

Se as partículas conseguem, por que nós não conseguimos atravessar a porta do quarto para evitar arrumar o quarto? O segredo está no tamanho! Os efeitos quânticos são mais fortes para coisas que pesam quase nada. Um único elétron é trilhões de vezes menor que um grão de areia. Enquanto uma partícula única tem uma grande chance de fazer o túnel, um ser humano é feito de aproximadamente 7 octilhões de átomos (isso é um 7 com 27 zeros!). Para que você fizesse o túnel, cada um desses átomos teria que se teletransportar para o mesmo lugar no exato mesmo instante. A matemática mostra que as chances são tão pequenas que você poderia esperar por trilhões de anos e ainda assim não aconteceria nem uma vez. É por isso que a mágica quântica fica no mundo dos pequeninos!

Transcrição do Vídeo

Introdução

No mundo quântico, as partículas podem fazer truques de mágica que parecem impossíveis! O tunelamento quântico permite que partículas minúsculas passem por barreiras que deveriam bloqueá-las completamente, como jogar uma bola contra uma parede e vê-la aparecer do outro lado. Essa física esquisita acontece porque as partículas podem existir em vários lugares ao mesmo tempo!

Fatos Principais

Você sabia que o tunelamento quântico acontece no processador do seu smartphone bilhões de vezes por segundo? Você sabia que o Sol só brilha porque os átomos de hidrogênio atravessam barreiras de energia para se fundirem? Você sabia que o tunelamento quântico permite que algumas partículas viajem mais rápido do que deveriam, de acordo com a física clássica?

Pense Nisso

Por que você acha que o tunelamento quântico só funciona para partículas extremamente pequenas e não para objetos grandes como pessoas ou bolas de basquete?

A Resposta

Os efeitos quânticos ficam mais fracos conforme os objetos ficam maiores! Objetos grandes contêm trilhões de átomos que precisam atravessar em conjunto, tornando a probabilidade incrivelmente pequena. Para partículas com mais massa, a onda quântica se torna menor, tornando o tunelamento quase impossível. Somente átomos únicos e elétrons são pequenos o suficiente para essa mágica quântica funcionar.

Perguntas Frequentes

O tunelamento quântico é realmente um truque de mágica?

Embora pareça mágica, é na verdade uma lei fundamental da ciência! No mundo quântico, as partículas não têm uma posição fixa e agem como ondas, o que lhes permite aparecer do outro lado de barreiras que parecem sólidas para nós.

Os cientistas conseguem ver o tunelamento quântico acontecendo?

Sim, os cientistas usam uma ferramenta especial chamada Microscópio de Tunelamento por Varredura (STM) para ver átomos individuais. Este microscópio funciona medindo quantos elétrons fazem um túnel entre uma agulha minúscula e uma superfície, permitindo-nos 'ver' o mundo quântico invisível.

O tunelamento quântico acontece no corpo humano?

Na verdade, acontece! Alguns cientistas acreditam que o tunelamento quântico ajuda as enzimas em nossos corpos a acelerar reações químicas, e pode até desempenhar um papel em como nosso olfato funciona, ajudando moléculas a se moverem através de receptores.

Por que é chamado de 'tunelamento' se não há buraco?

É chamado de tunelamento porque a partícula acaba do outro lado como se tivesse encontrado um atalho secreto ou um túnel através da montanha. Embora a barreira permaneça perfeitamente sólida e sem furos, a partícula simplesmente desvia do obstáculo inteiramente.

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