A gata de Schrödinger
Esta mineira causou um terremoto na física quântica com um experimento revolucionário: manipulou fótons para criar um fantasma.
”Cê não vai acreditar”, me diz a mineirinha espevitada, num café em Viena.
”Fala aí, Gabi.”
”Então, quando eu estava na escola, a gente fez uma daquelas provas, tipo teste para o vestibular. Depois saiu lá, na parede: Segundo lugar: Gabriela. O primeiro colocado era aquele mais nerd. O típico, que não falava com ninguém. Torto. Aí uma menina virou pra mim e falou: ‘Ei! Não sabia que você era inteligente, não!”.
Justo. Se você topasse com a Gabi em alguma balada, ou no Carnaval de rua do Rio, que ela faz de tudo para não perder, não desconfiaria que a baixinha faladeira é uma das cientistas mais promissoras do País: a Ph.D. Gabriela Barreto Lemos, 32 anos, da Universidade de Viena. Ela é uma especialista em ótica quântica, o ramo da física que estuda os fótons – as partículas de energia que formam a luz. Gabi, diga-se, é tão radiante quanto seu objeto de estudo.
Tanto que, se as outras crianças estranhavam alguma coisa nela na escola, era justamente a verborragia. ”Me achavam doida, muito expansiva.” Como quem fala demais dá bom-dia para cavalo, a pecha que acabou pegando não foi a de nerd, mas a de avoada. ”Pensavam que eu era uma… Lembra daquele Sai de Baixo, que tinha a Magda? Então, achavam que eu era uma Magda, meio dãã. Mas eu não ia ficar divulgando as minhas notas pela escola, né?”.
Hoje ela divulga. E para bem além de qualquer escola. Gabi ficou famosa no meio über nerd da física quântica, por conta de um experimento mágico que saiu do laboratório dela.
Um laboratório bagunçado, mas bem equipado, que fica no subsolo de um prédio tão peculiar quanto as coisas que a Gabi estuda lá dentro. O lugar foi erguido em 1908 para abrigar pesquisas de outro ramo da física, inaugurado por outra mulher: a radiação, descoberta poucos anos antes, por Marie Curie. O prédio, que ainda tem resquícios de radiação em algumas salas, hoje é lar do Instituto de Ótica Quântica da Universidade de Viena, e fica na Boltzmanngasse, uma rua calma, que parece parada no tempo em que a cidade era capital do Império Austro-Húngaro.
Apesar de Viena ter o melhor transporte público do mundo, com folga, Gabi vai trabalhar de bicicleta. Sempre. Faça sol ou faça nevasca, como a que caiu no dia em que a gente se encontrou pela primeira vez. Desabava uma tempestade de neve daquelas de deixar jipe encalhado (e repórter brasileiro com febre). Mas para ela não era problema. ”Meu namorado falou que eu ia morrer se viesse pedalando hoje. Mas eu vim, hahaha.” O bicicletário em frente ao número 3 da Boltzmanngasse é sempre lotado. Naquele dia polar, só tinha a dela.
E não é só no pedal que a moça enfrenta o que aparecer pela frente. A carreira acadêmica dela que o diga: mestrado aos 24 anos, pela UFMG. Aos 28, doutorado pela UFRJ. O pós-doutorado veio ainda aos 30, também pela Federal do Rio. Tudo isso sempre lidando com assuntos capazes de deixar até os melhores físicos com febre, tipo estudar qual é, afinal de contas, o real papel dos sistemas caóticos no processo de decoerência quântica. Hard science é isso aí.
Gabi lida com o mundo microscópico, mas gosta de pensar grande. Quanto mais complexo for o problema, melhor. Por essas, o trabalho dela não demorou para começar a chamar a atenção no exterior. E a repercussão lhe deu estofo para se candidatar a uma vaga concorrida, em 2012: uma bolsa para trabalhar na Universidade de Viena, meca da ciência, que está para a ótica quântica como o MIT está para a engenharia ou a Sorbonne para a filosofia. E o melhor: tudo isso com liberdade para fazer os experimentos que quisesse, com orçamentos generosos e colaboradores de primeira linha.
Rolou a vaga. E agora ela trabalha no Instituto de Ótica Quântica da universidade, sob a tutela de um dos maiores físicos vivos: Anton Zeilinger. Aos 69 anos, ele é a grande esperança austríaca para o tetra no Nobel de física. E a química entre os dois bateu na hora: ”Você dá as ideias mais doidas para o Anton e ele fala: ‘Isso aí tá muito modesto… Tem que pensar mais alto’. Falar isso para a Gabriela é jogar gasolina no fogo. Tanto que foi numa conversa com Anton, no mesmo café vienense do começo deste texto, que veio a ideia daquele experimento revolucionário, o que fez os olhos dos físicos do mundo se virarem para ela no ano passado.
Vamos brincar de Sherlock Holmes para entender o que ela conseguiu. Primeiro eu mostro a cena do crime – quer dizer, o resultado do experimento. Depois a gente olha as pistas e desvenda o que realmente aconteceu.
A experiência foi toda nesta mesa de Ótica Quântica aqui em cima, onde ela trabalha todos os dias. Mas, para a gente visualizar melhor, imagine comigo outro cenário. Assim: você entra numa casa. Passa pelo corredor e vê dois quartos iguais, um de cada lado, cada um com uma cama de casal. No quarto da direita, tem um gato em cima da cama. No da esquerda, só a cama, sem gato. Então você pega e tira uma foto do quarto da esquerda, o que só tem uma cama vazia. E quando olha para a imagem vê um gato ali. Justamente o gato do outro quarto. Você simplesmente não fotografou o bicho. Mas o gato do outro quarto surgiu na sua foto, do nada. De certa maneira, foi isso que ela fez. No infográfico abaixo você vê como é que tudo aconteceu de verdade, na mesa do laboratório, com os lasers e espelhos envolvidos no experimento, além do gato, que na vida real era só um molde milimétrico de cartolina. Mas não importa. Esse cenário da casa descreve a mesmíssima coisa. O que aconteceu, então?
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A solução só fica elementar, meu caro leitor, se você tiver uma pista que ainda não foi dada: saber que o experimento envolveu entrelaçamento quântico. Para quem não conhece a coisa, vai aqui uma aula-relâmpago. Você pega um fóton e divide em dois. O que surge é um par de fótons menores (com menos energia que o primeiro). Mas não fica nisso.
Esses dois fótons, por algum motivo, vão passar o resto da vida ligados. Se você der um cutuco em um, o outro vai se mexer também. Instantaneamente. E não importa a distância que separe um do outro. Mesmo: se você pegar um deles e levar para a Áustria, enquanto o outro fica quietinho no Brasil, a conexão continua idêntica: mexeu no daqui, o de lá ”sente”. Pode levar o troço até Plutão que dá na mesma. A comunicação continua instantânea.
Está dada a pista. Se quiser parar de ler agora para pensar como isso leva à solução do nosso caso, pode parar. Eu espero. De volta. E a resposta é a seguinte: os fótons que formavam a luz dos dois quartos eram irmãos. A imagem do gato no quarto da direita ”cutucou” uma parte dos fótons que estavam ali. Nisso, seus fótons irmãos, no outro quarto, responderam à perturbação de forma idêntica, formando a imagem de um gato. De novo: quem refletiu no gato foi a luz do quarto da direita. Só que a Gabi tinha dado um jeito de entrelaçar essa luz com a do outro quarto (no infográfico dá para entender como ela fez isso no laboratório). Graças a essa condição quase sobrenatural, os fótons do quarto da esquerda passaram a formar a imagem de um gato. Um gato que não estava lá. E Gabi tirou uma foto dele.
Para visualizar a versão real do experimento, é só olhar aqui em cima. Quem faz o papel da luz de cada um dos quartos são dois feixes de raio laser (representados no infográfico lá embaixo em amarelo e vermelho), devidamente entrelaçados. Um laser passa pelo molde de cartolina recortado na forma de gato, e vai para o lixo. O outro passa longe do gato, e segue rumo à câmera. Pronto: a imagem que surge no visor é a do gato, que estava gravada no molde de cartolina. Uma imagem com a qual os fótons do laser vermelho nunca interagiram. Parece insano. É insano. Mas deu certo.
Zeilinger dá a dimensão do feito: ”Antes, você precisava coletar os fótons que vieram do objeto para fazer uma imagem dele”, o físico disse para a revista científica Nature. ”Agora, pela primeira vez, você não precisa mais”. A Nature, para quem não sabe, não é exatamente uma ”revista”, como esta aqui, mas um periódico para o qual os cientistas mandam artigos técnicos relatando seus experimentos.
Dos milhares que chegam todos os dias às mãos dos editores, que também são cientistas, nem meia-dúzia são considerados relevantes o bastante para sair ali – até porque a Nature é a publicação científica mais respeitada do mundo, não dá mole para mané. E o experimento do gato não só entrou ali, como foi um dos mais comentados de 2014. Sem falar que, na apresentação do artigo, os editores chamaram a atenção para o fato de que Gabriela tinha conseguido ”algo que parecia impossível”. Não é todo dia que a Nature diz algo assim. Tão impossível que a própria Gabriela não tinha certeza se conseguiria fazer com que o gato fantasma aparecesse de verdade. ”Eu falei para a designer que fez o molde: Olha: tem que ser um gatinho bem simples, porque esse negócio vai parecer um borrão”, ela me contou, enchendo a boca.
O receio era porque a experiência toda precisava de uma baita sintonia fina para dar certo: escolher o laser certo, calibrar tudo de modo que ele realmente produzisse fótons entrelaçados (o que acontece quando o raio passa por um cristal, que quebra cada um dos seus fótons em dois). Isso mais a parafernália de espelhos e filtros que o povo da ótica quântica tem de usar para domar seus fótons. Não se trata de um trabalho de dias, mas de meses. E, como ela estava lidando com um experimento inédito, qualquer problema que surgia no laboratório parecia insolúvel. ”Ah, mas aí eu baixo o Sherlock Holmes”, diz Gabi, que, naturalmente, é fã do detetive (”Adoro! A série nova é perfeita! Já li tudo, vi a série velha, a nova, o…”).
Voltando para a ciência: ”Estou lá no laboratório e vejo que alguma coisa no experimento tá estranha, diferente. Não deveria estar acontecendo. Aí eu imagino tudo como se fosse a cena de um crime”. Então, do mesmo jeito que um menino grita o nome de algum goleiro quando pula para defender uma bola, a Gabi fala: ”Sherlock Holmes!”. Com o espírito do personagem devidamente baixado, ela vai buscar uma solução. ”Os meninos morrem de rir. Me acham com-ple-ta-men-te doida.” Quando um dos ”meninos” (os colegas e estudantes que ajudam nos experimentos) sugere alguma solução que parece prematura, ela ensina: ”Calma… A gente tem que ser Sherlock. Vamos pensar, pensar…”.
Pelo jeito, a tática funciona mesmo, porque em seis meses (pouco, para os padrões da física experimental) lá estava o gato. ”Estava obcecada. Uma aluna tinha me chamado para escalar montanha com ela. Queria que eu relaxasse. E eu disse: ”Não vou. Estou sentindo que tá chegando…”.
Estava mesmo. Dez da noite a Gabi liga para a amiga: ”Aaaaahhhh! Tô vendo o gatinho!”, ela revive o momento para mim, feliz. E lembra que o resultado foi bem melhor que o tal do borrão que ela mesma esperava. ”Deu para ver até o rabinho, hahaha.” Rabinho, orelhinha… Exatamente como a gente reproduz aqui à esquerda. Não parece, mas a resolução da imagem é excelente para uma técnica que acaba de nascer – e que flerta com as fronteiras do conhecimento humano, porque a própria ciência simplesmente não explica como o entrelaçamento funciona. Só sabe que a coisa existe. ”Tem uma troca de informação entre os fótons ali. Mas por onde essa informação passa? Onde ela vai estar se eu quiser localizá-la?”, Gabi se pergunta.
Ela talvez passe a vida sem saber, porque precisamos de toda uma nova ciência, que vá muito além da física quântica de hoje, para termos uma resposta. Mas a ciência é assim mesmo. Isaac Newton, ao formular a teoria da gravitação, disse, modestamente, que tinha pouco dele ali. Que, na verdade, estava ”sentado no ombro de gigantes” – os gênios que tinham vindo antes dele, abrindo trilha a facão na mata da ciência. E Gabi, do alto do seu 1,55 m, já mostrou que é uma desbravadora de braço forte.
Uma exploradora que, por sinal, aproveitou seu experimento para homenagear um gigante do calibre de Newton: Erwin Schrödinger. Em 1935, o austríaco bolou uma experiência imaginária para deixar claro o quão bizarras eram as leis da física quântica, muitas das quais ele mesmo tinha descoberto. Schrödinger mostrou que, sob uma condição bem específica, um gato dentro de uma caixa estaria em dois lugares ao mesmo tempo: morto, deitado na caixa, e vivo, de pé. Bom, ao escolher a imagem que queria para protagonizar seu experimento, Gabi acabou dando vida ao gato de Schrödinger. Colocou um gato ”em dois lugares ao mesmo tempo”, afinal de contas.
Ironicamente, o que era para ser uma referência a Schrödinger acabou dando um caráter de fofura a um experimento que, de outra forma, pareceria sisudo. Foto de gato, afinal, sempre chama a atenção: seja no Instagram, seja na Nature. ”Não saquei que ia causar tanto auê. A gente achava que a repercussão grande mesmo seria só com o nosso próximo experimento.”
Sobre esse próximo, em que ela está trabalhando agora, a mineira dá uma de mineira: fica quietinha. Não abre a boca. Mas, se a coisa está sendo feita no laboratório da nossa gata de Schrödinger aqui, uma coisa é certeza: quando sair, cê não vai acreditar.
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