Imported Article – 2026-03-04 22:45:18

No menor nível, os processos físicos se desenrolam em velocidades surpreendentes. Eventos como o tunelamento ou um elétron mudando para um novo estado de energia após absorver luz podem ocorrer em apenas algumas dezenas de attossegundos (10-18 segundos). Esse intervalo é tão breve que nem mesmo a luz conseguiria atravessar a largura de um pequeno vírus durante esse tempo.

Por que Medir o Tempo Quântico é Tão Difícil

Registrar tais fatias diminutas de tempo tem se mostrado extremamente desafiador. Qualquer dispositivo externo de temporização corre o risco de interferir no frágil processo quântico que está sendo estudado e alterar seu comportamento. “Embora o Prêmio Nobel de Física de 2023 mostre que podemos acessar tempos tão curtos, o uso de uma escala de tempo externa corre o risco de induzir artefatos,” diz Dil. “Esse desafio pode ser resolvido usando métodos de interferência quântica, com base na relação entre fase acumulada e tempo.”

Uma Nova Maneira de Medir o Tempo Sem um Relógio

Dil e sua equipe desenvolveram agora um método que evita completamente relógios externos. Quando elétrons absorvem um fóton e são emitidos de um material, eles carregam informações codificadas em seu spin. Esse spin muda dependendo de como a transição quântica se desenrola. Ao analisar cuidadosamente essas mudanças, os pesquisadores conseguiram determinar quanto tempo a transição dura.

Como explica o primeiro autor do estudo, Fei Guo, “Esses experimentos não requerem uma referência externa, ou relógio, e fornecem a escala de tempo necessária para a função de onda do elétron evoluir de um estado inicial para um estado final em uma energia mais alta após a absorção do fóton.”

Como a Interferência Quântica Revela a Duração

Quando a luz excita um elétron, o processo não segue um único caminho. Vários caminhos quânticos são possíveis ao mesmo tempo, e eles interferem uns com os outros. Essa interferência deixa uma assinatura clara no spin do elétron emitido. Ao examinar como esse padrão de spin muda à medida que a energia do elétron varia, a equipe pode calcular quanto tempo a transição levou.

Para realizar essas medições, os pesquisadores utilizaram um método conhecido como “espectroscopia de fotoemissão resolvida por spin e ângulo” (SARPES). Nesta técnica, uma luz intensa de síncrotron atinge um material, elevando seus elétrons para uma energia mais alta e forçando-os a escapar da estrutura do material. Os cientistas então medem a energia, direção e spin dos elétrons emitidos.

Como a Estrutura Atômica Afeta o Tempo Quântico

A equipe testou materiais com arranjos atômicos muito diferentes. Alguns eram totalmente tridimensionais, como o cobre comum. Outros, incluindo diseleneto de titânio (TiSe₂) e ditelureto de titânio (TiTe₂), são feitos de camadas fracamente conectadas que se comportam mais como folhas planas. O tellurieto de cobre (CuTe) possui uma estrutura atômica ainda mais simples, em forma de corrente. Esses contrastes tornaram os materiais ideais para estudar como a geometria influencia o tempo.

Os resultados revelaram um padrão consistente. Quanto mais simples e reduzida era a estrutura atômica de um material, mais longa a transição quântica durava. No cobre tridimensional, a transição foi extremamente rápida, levando cerca de 26 attossegundos.

Nos materiais em camadas TiSe₂ e TiTe₂, o mesmo processo desacelerou para entre 140 e 175 attossegundos. No CuTe, com sua estrutura em forma de corrente, a transição excedeu 200 attossegundos. Essas descobertas mostram que a forma na escala atômica de um material afeta fortemente a rapidez com que um evento quântico se desenrola, com estruturas de menor simetria levando a tempos de transição mais longos.

O que Isso Significa para a Compreensão do Tempo Quântico

“Além de fornecer informações fundamentais para entender o que determina o atraso no fotoemissão, nossos resultados experimentais oferecem mais insights sobre quais fatores influenciam o tempo no nível quântico, até que ponto as transições quânticas podem ser consideradas instantâneas e podem abrir caminho para finalmente entender o papel do tempo na mecânica quântica,” explica Dil.

Além de aprofundar nossa compreensão do tempo na física quântica, o trabalho oferece uma nova ferramenta para estudar como os elétrons se comportam em materiais complexos. Saber quanto tempo dura uma transição quântica pode ajudar os cientistas a desenvolver materiais com propriedades quânticas sob medida e apoiar futuras tecnologias que dependem do controle preciso de estados quânticos.

Outros Colaboradores

• Centro de Ciências Ultrarrápidas de Lausana (LACUS)
• Institut Paul Scherrer
• CY Cergy Paris Université
• Université Paris-Saclay
• Universidade da Boêmia Ocidental
• Universidade de Tóquio