Experimentos que levaram ao Nobel de Física utilizaram modelo teórico que tem nome de cientista brasileiro

Os experimentos realizados pelo trio de físicos agraciado com o Prêmio Nobel de Física 2025 só foram possíveis graças à existência de um modelo teórico que leva o nome de um cientista brasileiro.

O britânico John Clarke, da Universidade da Califórnia em Berkeley, o francês Michel H. Devoret e o americano John Martinis, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, só conseguiram demonstrar a validade dos princípios da teoria quântica em sistemas mesoscópicos – ou seja, não somente a nível atômico e subatômico, como já se sabia, mas também em escalas maiores, ainda que não visíveis a olho nu – através do chamado "modelo de Caldeira-Leggett".

Caldeira, nesse caso, é uma referência ao físico Amir Ordacgi Caldeira, professor titular da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e bolsista de Produtividade em Pesquisa 1A do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico desde 1982 – portanto, há 43 anos. Na década de 1970, Caldeira e seu orientador Anthony Leggett – físico-teórico da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, que venceu o Nobel em 2003 e também batiza o modelo – realizaram avanços significativos para a pesquisa em física quântica de sistemas dissipativos macroscópicos e o uso de sistemas condensados ​​para testar fundamentos da mecânica quântica.

“O prêmio Nobel de 2025 evidencia a importância da mecânica quântica para sistemas mais gerais do que aqueles para os quais a teoria havia sido originalmente desenvolvida”, disse ao CNPq o professor Caldeira. “Esta generalização naturalmente contempla escalas de comprimento onde efeitos quânticos e clássicos competem entre si, gerando formidáveis resultados, cuja relevância vai desde a fundamentação desta teoria até suas possíveis aplicações práticas em situações ainda não exploradas”, explica.

Caldeira é citado no referencial teórico apresentado pelo Nobel para a concessão do prêmio. Editor do “The Oxford Handbook of the History of Quantum Interpretations”, lançado em 2022 pela casa editorial da universidade inglesa, o físico e historiador da ciência Olival Freire Jr., afima que “a presença do nome de Amir Caldeira nas referências do Nobel desse ano, assim como aquelas de Luiz Davidovich e Nicim Zagury [ambos pesquisadores da Universidade Federal do Rio de Janeiro] no Nobel de 2012, expressam a pujança da ciência brasileira na rota das tecnologias quânticas”. Freire é também diretor científico do CNPq.

Fronteira quântica

A física quântica postula que a matéria nem sempre se comporta como esperamos – ou seja, de acordo com os referenciais de nossa experiência ordinária, descrita por princípios da física clássica bastante conhecidos, como, por exemplo, o de que um corpo só ocupa um lugar no espaço ou o de que a toda ação gera uma reação equivalente. De acordo com a física quântica, a matéria pode ter comportamentos que podem ser considerados estranhos, como, por exemplo, estar em mais de um lugar ao mesmo tempo ou atravessar barreiras tidas como intransponíveis.

Essa "estranheza" já havia sido comprovada em níveis atômicos e subatômicos, mas não em escalas maiores, ainda que acessíveis somente com o auxílio de um microscópio. É justamente essa a fronteira cruzada pelo trabalho de Clarke, Devoret e Martinis, que, com seus experimentos, iniciados em Berkeley em meados dos anos 1980, revelaram que fenômenos quânticos como o tunelamento (ou Efeito Túnel, que prediz que uma partícula pode escapar de regiões cercadas por barreiras potenciais mesmo se sua energia de seu movimento for menor que a energia potencial da barreira) podem se dar também em sistemas mesoscópicos – como, por exemplo, um circuito elétrico devidamente projetado.

Desenvolvido a partir do final da década de 1970, o modelo Caldeira-Leggett é um dos primeiros e fundamentais modelos para se entender como os sistemas quânticos interagem com o ambiente, levando ao comportamento clássico de dissipação (perda ou dispersão de energia de um sistema, convertida em outras formas) e à decoerência quântica (perda da "coerência" de um sistema quântico, ou seja, sua capacidade de manter estados de superposição e entrelaçamento devido à interação com o ambiente externo).

Com esse modelo, que cria as condições matemáticas para se conceber e desenhar experimentos ultrassensíveis, é possível descrever a interação entre um sistema quântico e um reservatório ambiental, modelado por um  banho de osciladores harmônicos (sistemas físicos que se movem em torno de um ponto de equilíbrio estável e oscilam de forma constante, como, por exemplo, um pêndulo com pequenos ângulos), cuja representação matemática resultante permite definir a matriz de densidade do sistema. O modelo pode ser aplicado em diversas áreas e tecnologias quânticas.

Trajetória

Amir Caldeira desenvolve pesquisas na área de física da matéria condensada. De 2009 a 2014, foi foordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Informação Quântica (INCT-IQ), ação financiada pelo CNPq. Seus trabalhos envolvem, em especial, estudos acerca de problemas de dissipação quântica e sistemas de elétrons fortemente correlacionados. É professor do Departamento de Física da Matéria Condensada, do Instituto de Física Gleb Wataghin, da Unicamp. Graduou-se em física em 1973 e fez mestrado na mesma área, terminado em 1976. Os dois cursos foram realizados na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).

Em 1980, Caldeira terminou o doutorado em Física pela University of Sussex, no Reino Unido, sob orientação de Anthony Leggett. No mesmo ano, tornou-se professor da Unicamp. Em meados dos anos 1980, o professor fez pós-doutorado nos Estados Unidos, no Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP), na University of California, e no Thomas J. Watson Research Laboratory, no IBM Research, localizado em Nova Iorque. Entre 1994 e 1995, com bolsa do CNPq, passou o ano sabático na Universidade de Illinois, Estados Unidos.