Efeito Casimir
Mecânica quântica é incompleta.
Desde a descoberta do elétron por Thomson em 1896 costumamos a pensar na matéria como sendo constituída por partículas com massa e carga elétrica. Na mecânica quântica a interação entre estas partículas nos átomos é considerada apenas a interação eletromagnética entre o núcleo positivamente carregado e os elétrons. Esta é uma aproximação excelente, já que as outras interações (a gravitacional é 10E-40 vezes menos intensa, a forte e a fraca só atuam em distâncias do tamanho do núcleo, ou seja, mil vezes menores que o átomo) podem ser desprezadas.
Assim a descrição da estabilidade atômica é dada através dos estados estacionários obtidos pela equação de Schrödinger. Considerando o átomo mais simples, o átomo de hidrogênio, que tem um próton no núcleo e um elétron, é possível ver que a equação de Schrödinger nos dá infinitos estados estacionários e todos eles estáveis.
Entretanto, sabe-se que este átomo, em um estado excitado (qualquer estado cuja energia é acima do mínimo possível – fundamental) decai espontaneamente para o estado fundamental emitindo fótons. Isto é uma forte indicação de que este átomo não pode estar isolado! Mas com o que eles estão interagindo?
Esta é a primeira indicação de que o arcabouço teórico da mecânica quântica é incompleto. (Existe outra indicação, tal como os níveis de energia do átomo de hidrogênio 2S1/2 e 2P1/2 que deveriam ser iguais, mas experimentalmente não o são. Esta diferença é chamada de deslocamento Lamb).
Outro ponto a se considerar é que a mecânica quântica de Schrödinger e de Born–Heisenberg levam em consideração a conservação da quantidade de partículas. O que a partir da descrição da mecânica quântica de Dirac se tornou inconsistente, já que com a possibilidade de existirem anti-partículas e suas partículas correspondentes poderem se aniquilar tornando-se fótons era algo não previsto.
Surgimento da TQC
O surgimento da Teoria Quântica de Campos vem dessas necessidades de descrição de fenômenos que a mecânica quântica não abarca. Esta teoria prevê a existência de partículas/anti-partículas virtuais que no vácuo (estado de menor energia possível) estão constantemente surgindo e se aniquilando. Entretanto, como saber se estas partículas realmente existem se elas são virtuais?
Em 1948 pelo físico Hendrik B.G. Casimir publicou um artigo em que ele descrevia um possível efeito a ser considerado como uma influência da existência dessa flutuação de partículas/anti-partículas em constante criação e aniquilação. Neste artigo ele descreve um aparato onde duas placas paralelas perfeitamente condutoras que estão no vácuo acabam por sofrer atração entre si devido ao efeito desta flutuação.
A teoria quântica de campos descreve o universo através de campos de matéria cujas excitações (quanta) são os férmions (elétrons e quarks); campos de intermediação das interações fundamentais (gravitacional, eletromagnética, forte e fraca) cujos quanta são bósons (grávitons, fótons, glúons e mésons, respectivamente). Apesar de Casimir ter levado em consideração apenas o campo eletromagnético (fótons) em consideração para o cálculo do efeito Casimir, é possível notar que este efeito pode ser calculado em outros campos como o vácuo eletrônico, quarkônico e gluônico.
Então, o que está interagindo com o elétron no átomo de hidrogênio é o próprio vácuo que faz com que o elétron em estado excitado emita fótons até atingir o estado fundamental. Do mesmo modo, esta interação faz surgir o deslocamento Lamb.
Tal descrição é a teoria de maior sucesso até hoje em física e se denomina Eletrodinâmica Quântica.
Quem quiser ler um artigo quase não-técnico é só clicar no Efeito Casimir.
