Histórico Experimental e o Teorema de Bell
A discussão levantada em 1935 pelo paradoxo EPR foi, por muito tempo, relegada a um segundo plano na física, sendo considerada puramente filosófica[cite: 774]. [cite_start]Muitos cientistas adotavam uma postura agnóstica e pragmática, pois o debate não parecia falseável por meio de experimentos[cite: 775, 776, 777]. [cite_start]Esse cenário mudou drasticamente em 1964, quando o físico norte-irlandês John Stewart Bell, pesquisador do CERN, concebeu uma forma matemática e experimental de distinguir as previsões da Mecânica Quântica (MQ) das previsões das Teorias de Variáveis Ocultas Locais (TVOL) defendidas por Einstein[cite: 781].
Bell baseou-se numa proposta de David Bohm e idealizou um experimento que envolvia a medição dos spins de partículas emaranhadas[cite: 782]. [cite_start]Ele sugeriu analisar o decaimento de um méson pi neutro ($\pi^{0}$) em repouso, que produz um elétron e um pósitron em estado singleto[cite: 839]. [cite_start]O pulo do gato na ideia de Bell foi permitir que os detectores (ímãs de Stern-Gerlach) fossem rotacionados de forma independente, medindo os spins em direções arbitrárias $\vec{a}$ e $\vec{b}$[cite: 784, 785].
[cite_start]Ao calcular o valor médio dos produtos dessas medições, Bell estabeleceu restrições matemáticas rigorosas assumindo duas premissas clássicas: (1) o estado das partículas é definido por variáveis ocultas ($\lambda$), e (2) a medição de uma partícula não afeta a outra (localidade)[cite: 866]. Dessas exigências, emergiu a célebre desigualdade de Bell:
O que Bell demonstrou foi revolucionário: a previsão da Mecânica Quântica é estritamente incompatível com essa desigualdade[cite: 908, 915]. [cite_start]Para certos ângulos entre os detectores (como $45^{\circ}$), a MQ prevê violações flagrantes da desigualdade (por exemplo, resultando no absurdo matemático de $0,293 \not\le 0,707$ ou excedendo o limite por um fator de $2\sqrt{2}$)[cite: 916, 919, 920, 923]. [cite_start]Isso significava que, se a natureza obedecesse à MQ, nenhuma teoria local de variáveis ocultas poderia estar correta[cite: 914].
O jovem físico norte-americano John Clauser foi o pioneiro na tentativa de testar essa desigualdade em laboratório[cite: 961]. [cite_start]Ironicamente, Clauser acreditava que as variáveis ocultas existiam e esperava que seu experimento "sacudisse o mundo" ao refutar a MQ[cite: 966]. [cite_start]Em 1972, juntamente com Stewart Freedman, ele construiu um aparato que utilizava o decaimento em cascata de átomos de cálcio para gerar pares de fótons emaranhados[cite: 968, 1006].
[cite_start]A cultura material desse experimento era extremamente rústica e exigente: a amostra de cálcio era aquecida em um forno e excitada por feixes de luz de uma lâmpada de arco[cite: 1022, 1059]. [cite_start]Devido à baixa eficiência (apenas 7% dos átomos decaíam na cascata correta para produzir os fótons correlacionados), o experimento precisou ser estabilizado continuamente por cerca de 200 horas para coletar dados estatísticos suficientes[cite: 1010, 1064, 1065, 1067]. O resultado? [cite_start]Para a surpresa de Clauser, a natureza violou as desigualdades e confirmou a Mecânica Quântica[cite: 970].
Apesar do sucesso de Clauser, os céticos argumentaram que os polarizadores fixos poderiam de alguma forma "comunicar" suas posições às partículas antes que elas fossem medidas, criando uma correlação espúria. [cite_start]O francês Alain Aspect atacou essa "brecha da localidade" (locality loophole) em uma série de experimentos brilhantes publicados em 1981 e 1982[cite: 984].
[cite_start]Aspect projetou um experimento onde a configuração dos analisadores mudava enquanto os fótons estavam em voo[cite: 1107, 1112]. [cite_start]Para isso, ele usou interruptores acústico-ópticos (ondas estacionárias ultrassônicas na água) que redirecionavam a luz a cada 10 nanossegundos[cite: 1076, 1103, 1105]. [cite_start]Como os fótons levavam cerca de 40 nanossegundos para percorrer os 12 metros entre os detectores, era fisicamente impossível (segundo a relatividade restrita) que um detector "soubesse" a configuração do outro[cite: 1074, 1075]. [cite_start]Mesmo assim, a correlação fantasmagórica se manteve, consolidando o caráter inerentemente não-local da natureza[cite: 955].
No final da década de 1990, o austríaco Anton Zeilinger elevou os testes a um nível de extrema sofisticação tecnológica. [cite_start]Em vez do instável forno de cálcio, sua equipe utilizou a técnica de Conversão Paramétrica Descendente (CPD)[cite: 1114]. [cite_start]Nessa técnica, um laser ultravioleta atinge um cristal não-linear, dividindo-se em pares de fótons emaranhados no espectro infravermelho com taxas altíssimas de eficiência (cerca de 1500 por segundo)[cite: 1114, 1132, 1146].
[cite_start]Zeilinger impôs condições estritas de localidade: seus detectores foram separados por 400 metros de distância, garantindo que o detector "Bob" ficasse completamente fora do cone de luz do detector "Alice"[cite: 1172]. [cite_start]Além disso, ele usou geradores quânticos de números aleatórios de ultra-alta velocidade para definir a configuração dos analisadores no último instante possível[cite: 1172]. [cite_start]O resultado foi uma violação recorde das desigualdades de Bell[cite: 1173].
O grupo de Zeilinger foi além da pesquisa básica: eles aplicaram esse emaranhamento superando distâncias colossais. [cite_start]Em 2012, realizaram com sucesso o primeiro teletransporte quântico entre as ilhas Canárias de La Palma e Tenerife, abrangendo incríveis 143 quilômetros de distância no espaço livre[cite: 1201]. [cite_start]O que antes era uma abstração paradoxal tornou-se a fundação das modernas tecnologias quânticas[cite: 959, 996].