Afinal, este físico diz que os elétrons giram na física quântica. Aqui está o porquê: WebCuriosos

'Spin' é uma qualidade fundamental de partículas fundamentais como o elétron, invocando imagens de uma pequena esfera girando rapidamente em torno de seu eixo como um planeta em um sistema solar encolhido.

Só que não é. Não pode. Por um lado, os elétrons não são esferas de matéria, mas pontos descritos pela matemática da probabilidade.

Mas o filósofo da física do Instituto de Tecnologia da Califórnia, Charles T. Sebens, argumenta que tal abordagem baseada em partículas para uma das teorias mais precisas da física pode estar nos enganando.

Ao enquadrar a base da matéria principalmente em termos de campos, diz ele, certas peculiaridades e paradoxos que emergem de uma visão centrada nas partículas desaparecem.

“Os filósofos tendem a ser atraídos por problemas que não foram resolvidos há muito tempo”. diz Sebens.

“Na mecânica quântica, temos maneiras de prever os resultados de experimentos que funcionam muito bem para os elétrons e explicam o spin, mas importantes questões fundamentais permanecem sem resposta: por que esses métodos funcionam e o que está acontecendo dentro de um átomo?”

Durante quase um século, os físicos têm lutado com os resultados de experiências que sugerem que os mais pequenos pedaços da realidade não se parecem nem se comportam como objetos na nossa vida quotidiana.

Spin é uma dessas qualidades. Como uma bola branca girando que colide com a parede interna de uma mesa de bilhar, ela carrega momento angular e influencia a direção de uma partícula em movimento. No entanto, ao contrário da bola branca, o giro de uma partícula nunca pode acelerar ou desacelerar – em vez disso, está sempre confinado a um valor definido.

Para tornar ainda mais difícil imaginar a natureza básica da matéria, considere o fato de que o tamanho de um elétron é tão pequeno que efetivamente lhe falta volume. Se fosse grande o suficiente para ter volume, a carga negativa espalhada por todo o espaço se empurraria, destruindo o elétron.

Significativamente, mesmo se fôssemos caridosos e concedêssemos ao electrão como partícula o maior raio que as experiências permitiriam, a sua rotação ultrapassaria a velocidade da luz – algo que pode ou não ser um obstáculo nesta escala, mas para muitos físicos é suficiente para descartar a conversa sobre elétrons em rotação.

Uma maneira de tornar a tapeçaria da física fundamental um pouco mais fácil de mapear é descrever pontos da matéria como ações incorporadas na trama de um campo e depois interpretar essas ações como partículas.

Teoria quântica de campos (QFT) faz isso com sucesso, unindo aspectos da teoria da relatividade especial de Einstein, da teoria clássica de campos e das proposições de partículas da física quântica.

Não é uma teoria controversa, mas ainda há debate sobre se esses campos são fundamentais – existindo mesmo que os sinais que os atravessam se calem – ou se as partículas são os principais atores que representam a informação vital e os campos são apenas um conveniente roteiro.

Para nós, pode parecer uma distinção trivial. Mas para filósofos como Sebens, vale a pena explorar as consequências.

Como ele explicou em um artigo de 2019 apresentado em Éon revista: “Às vezes, o progresso na física requer primeiro um backup para reexaminar, reinterpretar e revisar as teorias que já temos.”

Esse reexame da teoria quântica de campos enfatiza várias vantagens significativas para tornar os campos uma prioridade na física em relação a uma abordagem que prioriza as partículas, incluindo um modelo que reimagina os elétrons de maneiras que podem nos dar melhores insights sobre seu comportamento.

“Em um átomo, o elétron é frequentemente representado como uma nuvem que mostra onde o elétron pode ser encontrado, mas acho que o elétron está, na verdade, fisicamente espalhado por essa nuvem”, disse Sebens. diz.

Ao estar fisicamente espalhado por um campo, em vez de confinado a um ponto, um elétron pode, na verdade, girar de maneiras que são menos construções matemáticas e mais uma descrição física.

Embora ainda não fosse nada parecido com um pequeno planeta num sistema solar, este eletrão em rotação mover-se-ia pelo menos a uma velocidade que não desafiaria nenhuma lei.

Exatamente como essa propagação difusa de matéria com carga negativa resiste à destruição é uma questão para a qual Sebens não tem uma resposta. Mas ao concentrar-se nos aspectos de campo de um electrão espalhado, ele sente que quaisquer soluções fariam mais sentido do que questões que surgem de partículas de confinamento infinito.

Há uma citação que se tornou folclore nos corredores dos teóricos quânticos – “Cale a boca e calcule.“Tornou-se um ditado sinônimo da paisagem afantástica do reino quântico, onde imagens e metáforas não conseguem competir com a precisão misteriosa da matemática pura.

De vez em quando, porém, é importante fazer uma pausa nos nossos cálculos e desafiar algumas velhas suposições – e talvez até dar uma volta para uma nova perspectiva sobre os fundamentos da física.

Este artigo foi publicado em síntese.