Quando a matéria é resfriada a quase zero absoluto, fenômenos intrigantes emergem. Estes incluem supersolididade, onde a estrutura cristalina e o fluxo sem atrito ocorrem juntos. Os pesquisadores da ETH conseguiram perceber esse estranho estado experimentalmente pela primeira vez.

Sólido, líquido ou gás são os três estados da matéria claramente definidos. É difícil imaginar que as substâncias possam exibir simultaneamente propriedades de dois desses estados. Ainda, precisamente tal fenômeno é possível no reino da física quântica, onde a matéria pode exibir comportamentos que parecem mutuamente exclusivos.

A supersolididade é um exemplo desse estado paradoxal. Em um supersólido, átomos são organizados em um padrão cristalino enquanto ao mesmo tempo se comportam como um superfluido, em que as partículas se movem sem atrito.

Até agora, a supersolididade era apenas uma construção teórica. Mas na última edição da Natureza , um grupo de pesquisadores liderado por Tilman Esslinger, professor de óptica quântica no Institute for Quantum Electronics, e Tobias Donner, cientista sênior do mesmo instituto, relatar a produção bem-sucedida de um estado supersólido.

Os pesquisadores introduziram uma pequena quantidade de gás rubídio em uma câmara de vácuo e o resfriaram a uma temperatura de alguns bilionésimos de Kelvin acima do zero absoluto, de forma que os átomos se condensaram no que é conhecido como condensado de Bose-Einstein. Este é um estado mecânico quântico peculiar que se comporta como um superfluido.

Os pesquisadores colocaram este condensado em um dispositivo com duas câmaras de ressonância óptica que se cruzam, cada um consistindo de dois minúsculos espelhos opostos. O condensado foi então iluminado com luz laser, que foi espalhado em ambas as câmaras. A combinação desses dois campos de luz nas câmaras de ressonância fez com que os átomos no condensado adotassem um padrão regular, estrutura semelhante a um cristal. O condensado reteve suas propriedades de superfluido - os átomos no condensado ainda eram capazes de fluir sem qualquer entrada de energia, pelo menos em uma direção, o que não é possível em um sólido "normal".

"Fomos capazes de produzir este estado especial no laboratório graças a uma configuração sofisticada que nos permitiu fazer as duas câmaras de ressonância idênticas para os átomos, "explica Esslinger.

Do conceito teórico à realidade experimental

Com seu experimento, os físicos da equipe de Esslinger e Donner perceberam um conceito teorizado por cientistas, incluindo o físico britânico David Thouless. Em 1969, ele postulou que um superfluido também poderia ter uma estrutura cristalina. Considerações teóricas levaram à conclusão de que esse fenômeno poderia ser mais facilmente demonstrado com o hélio resfriado a apenas alguns kelvins acima do zero absoluto. Em 2004, um grupo dos EUA relatou que havia encontrado evidências experimentais para tal estado, mas mais tarde atribuíram suas descobertas aos efeitos superficiais do hélio. "Nosso trabalho agora implementou com sucesso as ideias de Thouless, "explica Donner." Não usamos hélio, Contudo, mas um condensado de Bose-Einstein. "

Um segundo, estudo independente sobre o mesmo tema aparece na mesma edição de Natureza :um grupo de pesquisadores liderados por Wolfgang Ketterle no MIT anunciou no outono passado - logo após os pesquisadores da ETH - que eles também conseguiram encontrar evidências de supersolididade, usando uma abordagem experimental diferente.