O Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quânticas, declarado pela Organização das Nações Unidas para 2025, suscitou a organização de mais de 1300 eventos, em mais de 80 países, em todos os continentes. Foi também uma edição especial do Dia Mundial Quântico, estendida ao longo de 2025, num ano em que todos os dias foram quânticos! Assim, este número da Gazeta de Física é uma edição especial dedicada à Mecânica Quântica, e como, nos últimos 100 anos, ela transformou a Física, as Tecnologias, e a Sociedade em que vivemos. Ela continua a transformar, a fascinar, e a motivar mais investigação e inovação. Em Portugal, o Ano Internacional da Ciência e Tecnologias Quânticas 2025 foi assinalado por universidades, escolas, institutos e pela comissão nacional IYQ2025, com ações de divulgação, formação e investigação em vários pontos do país. 

Em 1887, a descoberta do efeito fotoelétrico por Heinrich Hertz revelou que a interação da luz com a matéria não seguia o comportamento esperado de uma onda mecânica. Poucos anos depois, em 1905, Einstein explicou esse fenómeno ao postular que a luz, embora se propague como uma onda eletromagnética — de acordo com as equações de Maxwell —, interage como uma partícula: o fotão. O fotão possui massa nula e uma energia E determinada pelo seu comprimento de onda λ, pela constante de Planck h e pela velocidade da luz no vácuo c: E=h c/λ. A natureza quântica da luz ficava assim estabelecida, através da quantificação da sua energia. O campo eletromagnético, que desde Maxwell já se reconhecia como portador de energia e de momento, passou a ser interpretado como a sobreposição de partículas elementares — os fotões —, facto confirmado em 1923 por Arthur Compton, ao estudar a interação do campo eletromagnético com eletrões livres.

Descreve-se a total interdependência entre Mecânica Quântica e Física das Partículas, que culminou numa Teoria Quântica dos Campos (relativista). Apesar do sucesso ímpar desta descrição da Natureza, ainda há muito por descobrir. São reptos para a actual geração de jovens. As Nações Unidas declararam 2025 o Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quânticas. Como afectou a Mecânica Quântica a área de Física de Partículas, e como foi afectada por ela? Talvez se perceba melhor a total interdependência, com quatro provocações: 1. Não haveria Mecânica Quântica sem Física de Partículas. 2. Não há Física de Partículas sem Mecânica Quântica. 3. Não existe nem Mecânica Quântica nem Física de Partículas! 4. Ainda está quase tudo por descobrir! Se os últimos pontos deixaram o leitor surpreso, já lá chegaremos.

A abrangência da Mecânica Quântica na descrição dos fenómenos físicos a pequenas e muito-pequenas escalas, sugere que também os fenómenos gravitacionais––pelo menos no contexto das mais diminutas distâncias ou das mais elevadas energias–devem incorporar os princípios basilares daquela teoria. Esta síntese, genericamente designada por gravitação quântica, deve admitir, no seu limite de escalas macroscópicas e baixas energias, a descrição do espaço-tempo por meio da sua curvatura tal como proposto pela Teoria da Relatividade Geral por Einstein em 1915. Exemplos de concretizações desta alusiva descrição teórica incluem, entre outras propostas, a teoria de cordas quânticas e o programa de quantização segundo variáveis de lacetes. Espera-se que, por meio da gravitação quântica, seja possível resolver o problema das singularidades de buracos negros e do Big Bang, e assim vir a entender os processos físicos que ocorrem quando atravessamos o horizonte de acontecimentos de um buraco negro ou que tiveram lugar nos primeiríssimos instantes da história do Universo (~10-44 segundos). 

Os plasmas são gases ionizados compostos por partículas carregadas em movimento. Esta “sopa” de cargas interage com campos elétricos e magnéticos podendo, por exemplo, ser acelerada até altas energias ou “blindar” estes campos. Considera-se que um plasma é extremo quando os campos eletromagnéticos são tão intensos que produzem efeitos relativísticos e quânticos, podendo até dar origem à criação de pares de partículas e antipartículas. A fusão é o processo em que os núcleos atómicos de elementos leves se combinam para formar núcleos mais pesados, libertando grandes quantidades de energia. Este é o mecanismo que alimenta as estrelas no seu núcleo e os cientistas tentam recriá-lo de maneira controlada em laboratório para no futuro ser possível produzir energia limpa e abundante.

Este artigo traça a evolução da física da matéria condensada, desde os fundamentos quânticos estabelecidos na década de 1920 até aos materiais quânticos que definem a atual fronteira de investigação. Explora como a mecânica quântica está na base de fenómenos emergentes como supercondutividade, magnetismo e fases topológicas, e destaca marcos chave neste percurso desde o nascimento da teoria quântica, incluindo o transístor, o grafeno e os efeitos de Hall quântico. Interligando os avanços teóricos fundamentais com os tecnológicos, o artigo ilustra o impacto contínuo dos materiais quânticos na computação, na eletrónica e nas tecnologias quânticas do futuro.

Embora raramente pensemos nisso, grande parte do mundo moderno depende diretamente de descobertas feitas no âmbito da Ótica e da Física Atómica. Em grande medida, vivemos numa civilização construída sobre a luz. A invenção do laser, há pouco mais de sessenta anos, e o desenvolvimento das fibras ópticas mudaram radicalmente a forma como comunicamos, trabalhamos e organizamos a sociedade. Sem elas, a internet simplesmente não existiria.

Mais recentemente, a integração de guias de onda ópticos e múltiplos componentes óticos em circuitos fotónicos, uma tecnologia designada por silicon photonics, está a substituir componentes eletrónicos em telecomunicações, permitindo velocidades mais elevadas, maior capacidade de transmissão de dados e uma eficiência energética significativamente superior. O uso de fotões em vez de eletrões tem ganhado importância nas telecomunicações, mas também na própria informática e inteligência artificial. Ainda na sua infância, as redes neuronais óticas (Optical Neural Networks) [1] usam luz para processar informações de forma simultânea e paralela, explorando o comportamento natural da interferência óptica para realizar operações matemáticas complexas, a altíssimas velocidades e muito menor consumo energético. Startups como a Neurophos têm vindo a desenvolver unidades de processamento óptico (Optical Processing Units, OPUs), prometendo reduzir em milhares de vezes o consumo energético necessário para tarefas de machine learning (ver Caixa 1).

A luz, enquanto fenómeno natural e objeto de estudo científico, acompanhou todas as grandes transformações da física. Este artigo apresenta um resumo do percurso histórico e conceptual que conduz da teoria ondulatória clássica à quantização da radiação e à invenção do laser, explicando os princípios que unem a emissão estimulada, a coerência ótica e as manifestações quânticas da luz.

Introdução A luz sempre foi uma das melhores professoras da ciência. Ilumina o mundo e, ao fazê-lo, revela os limites do nosso entendimento. Em cada época, um conjunto de experiências obrigou-nos a rever conceitos e a reformular o que pensávamos saber. A história da luz é reveladora de como a ciência progride: observam-se fenómenos inesperados, formulam-se perguntas, constroem-se explicações provisórias, testam-se as explicações, e cada resposta abre o caminho para novas perguntas. 

A Física Quântica tem desempenhado um papel central na evolução da Metrologia Científica, sustentando a definição moderna do Sistema Internacional de Unidades em constantes fundamentais da natureza. O presente artigo aborda as aplicações atuais e as perspetivas de desenvolvimento futuras no domínio da Metrologia Quântica, com ênfase nos padrões quânticos e nas tecnologias emergentes, como a fotónica, a eletrónica, os relógios ópticos e os sensores de elevada exatidão, considerando as implicações societais destas inovações. Releva o papel do IPQ, enquanto Instituição Nacional de Metrologia, e o seu contributo para assegurar medições fiáveis, rastreáveis e comparáveis a nível internacional, enquanto um pilar de soberania, inovação e competitividade.

Palavras-chave: Física Quântica, Metrologia, Sistema Internacional de Unidades, Padrões Quânticos, Tecnologias Quânticas, IPQ.

Com a conclusão das celebrações do Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica, chegou o momento ideal para refletir sobre o alcance científico da Mecânica Quântica, desenvolvida ao longo do século XX, e sobre o seu incrível impacto tecnológico que permanece transformador no século XXI. A feitiçaria (ou talvez melhor, magia) dos cálculos de que falava Einstein converteu-se, ao longo de um século, e converte-se ainda, também em real feitiçaria (magia) tecnológica. Apresentamos neste artigo os princípios da Mecânica Quântica e o seu impacto direto, tanto no significado do ato de medir, a base da ciência, como na operacionalidade dos computadores quânticos da segunda revolução quântica. Abordamos ainda as condições que levam ao comportamento quântico (caixa 1) e a forma como este emerge ou se desvanece no mundo macroscópico.

O jogo aqui descrito pode ser realizado quer num tabuleiro quer numa atividade com um grande de alunos, por exemplo na entrada de um anfiteatro, substituindo os peões-fotão por alunos--fotão. É uma forma divertida e informal  de demonstrar o conceito probabilístico intrínseco à física quântica. Segundo Einstein, “a teoria quântica produz um bom resultado, mas dificilmente nos aproxima do segredo do Criador. Estou, em todos os casos, convencido de que Ele não joga dados.” sic. Mas o processo aleatório (estocástico) da física quântica será mesmo assim? Aparentemente quando jogamos aos dados ou à roleta sabemos que UMA jogada é completamente aleatória mas para GRANDES NÚMEROS conseguimos prever um valor médio: por exemplo, jogando com dois dados, se alguém aposta sempre no 7, ao fim de muitas jogadas, ganhará sobre qualquer outra aposta!

Matéria escura À noite, entra no teu quarto fecha a porta, coloca a persiana para baixo e desliga todas as luzes de modo a ficar escuro.  Olhas à volta, e o que vês? Nada, claro. Liga a luz. Agora sim, consegues ver a tua cama, livros e todos os objetos que tens no quarto. Consegues vê-los porque a luz é refletida pela superfície destes objetos: bate na superfície do objecto e parte dela é enviada na direção dos teus olhos. É muito parecido com o que acontece quando atiras uma bola à parede: ela volta para ti.  Outra parte da luz é absorvida e aquece o objeto: por exemplo, quando te estendes ao Sol, o teu corpo vai aquecendo.

A comunidade lusófona de Física volta a reunir-se na 6.ª Conferência de Física dos Países de Língua Portuguesa (6.ª CFPLP), um encontro internacional que promove a colaboração, a inovação e a excelência na investigação e no ensino, na área da Física. A realizar no Instituto Superior de Ciências da Educação (ISCED) - Huíla, na cidade do Lubango, esta edição tem como tema focal “Física, Inovação e Futuro Sustentável”, e pretende dar ênfase aos mais recentes trabalhos nas áreas que mais contribuem para um Futuro Sustentável, incluíndo - mas não restrito a - física médica, energias renováveis, novos materiais, física da Terra, tecnologias emergentes e ensino das ciências físicas. 

A Science in School é financiada e publicada pelo EIROforum, que reúne oito organizações europeias de investigação intergovernamentais (EIROs): CERN, EMBL, ESA, ESO, ESRF, EUROfusion, European XFEL e ILL. A missão do EIROforum é juntar os recursos, instalações e competências dos membros para apoiar a ciência europeia a alcançar o seu pleno potencial, incluindo trabalhar com professores de ciências, estudantes e jornalistas para comunicar a importância e a fascinação da ciência a um público amplo.

No ano de 2025, as atividades desenvolvidas pela Sociedade Portuguesa de Física no âmbito das Olimpíadas Regionais e Nacionais de Física 2025 e da preparação e participação de equipas de jovens estudantes do 11.º e 12.º anos na Olimpíada Internacional de Física 2025 são aqui descritas. As atividades relacionadas com as Olimpíadas de Física são promovidas, na Sociedade Portuguesa de Física (SPF), pela Comissão Nacional das Olimpíadas de Física constituída por: 

 XLI edição das Olimpíadas de Física, decorreu de forma presencial no dia 29 de março de 2025 nas cidades do Porto, Vila Real (provas agregadas às realizadas no Porto), Coimbra, Covilhã, Lisboa, Faro (provas agregadas às realizadas em Lisboa), Funchal e Ponta Delgada. Contou com uma componente teórica e uma componente experimental. O número de alunos foi semelhante ao ano passado, estando envolvidos nesta atividade 423 alunos do 9º ano (escalão A), e 407 alunos do 11.º ano (escalão B).

A segunda e última etapa das XL Olimpíadas de Física, as Olimpíadas Nacionais de Física, decorreu a 31 de maio de 2025 no Departamento de Física da Universidade de Coimbra. Contou com uma componente teórica e uma componente experimental. Participaram na etapa nacional os premiados da etapa regional, isto é, 31 alunos do escalão A (Covilhã, Funchal e Ponta Delgada enviaram apenas a equipa que tinha ganho a medalha de ouro) e 36 alunos do escalão B.

As Olimpíadas Internacionais de Física decorreram de 18 a 24 de julho de 2025, em Paris, França, tendo participado na competição estudantes do ensino secundário de 89 países. Nesta competição os estudantes sujeitam-se a duas provas (uma experimental e uma teórica) que decorrem em dois dias diferentes e têm uma duração de 5 horas cada. O vencedor absoluto foi Hyeokjoon Lee, da Coreia do Sul, com uma pontuação de 43,2 pontos em 50. Os participantes portugueses foram acompanhados por Sagar Pratapsi e por pedro Borlido, Professores Convidados da Universidade de Coimbra. A prestação da equipa de Portugal resultou na obtenção de três menções honrosas nesta competição, por Tiago Oliveira, Gustavo Sousa e Ricardo Prata.  

A 25ª Conferência Nacional de Física e o 36º Encontro Ibérico para o Ensino da Física irão decorer no Instituto de Educação da Universidade de Lisboa, de 9 a 12 de setembro de 2026. Esta conferência bienal, organizada pela Sociedade Portuguesa de Física, reúne toda a comunidade nacional de físicos, abrangendo docentes do Ensino Básico, Investigadores e Professores Universitários, alunos de doutoramento e alunos de mestrado, numa partilha do estado atual do conhecimento em Física nas suas diversas vertentes. O 36º Encontro Ibérico para o Ensino da Física será organizado em colaboração com a Real Sociedad Española de Fisica.

Inserido na 28.ª Semana Cultural da Universidade de Coimbra (UC) - www.uc.pt/semanacultural, o Departamento de Física da UC e o Rómulo - Centro de Ciência da UC organizam uma exposição com instrumentos e equipamento que pertenceu ao Emissor Radiofónico do Laboratório de Física, montado em 1932.