Condensados ​​de Bose-Einstein, frequentemente chamado de "quinto estado da matéria, "são obtidos quando os átomos são resfriados quase ao zero absoluto. Nessas condições, as partículas não têm mais energia livre para se mover em relação a outra, e algumas dessas partículas, chamados bósons, caem nos mesmos estados quânticos e não podem ser distinguidos individualmente. Neste ponto, os átomos começam a obedecer ao que é conhecido como estatística de Bose-Einstein, que geralmente são aplicados a partículas idênticas. Em um condensado de Bose-Einstein, todo o grupo de átomos se comporta como se fosse um único átomo.

Os condensados ​​de Bose-Einstein foram previstos e calculados teoricamente por Satyendra Nath Bose e Albert Einstein em 1924, mas não foi até 1995 que Eric A. Cornell, Carl E. Wieman e Wolfgang Ketterle conseguiram produzir um usando gás de rubídio ultracold, pelo qual todos os três receberam o Prêmio Nobel de Física de 2001.

A pesquisa de uma colaboração internacional produziu recentemente o equivalente a um condensado de Bose-Einstein usando o composto químico cloreto de níquel. Mais importante, O tratamento teórico dos dados permitiu aos pesquisadores obter um conjunto de equações que podem ser aplicadas a outros materiais que não se caracterizam como condensados ​​de Bose-Einstein.

Armando Paduan Filho, Professor Titular do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP) no Brasil, participaram do estudo. "Em temperaturas próximas do zero absoluto e na presença de um campo magnético muito intenso, cloreto de níquel se comporta como um condensado de Bose-Einstein, de modo que as propriedades de um grande grupo de átomos podem ser descritas usando uma única equação, uma única função de onda, "Paduan Filho contou.

Essa descoberta possibilita cálculos que, de outra forma, seriam impraticáveis. Por exemplo, o momento magnético de um corpo macroscópico pode teoricamente ser calculado como a soma dos momentos magnéticos de seus átomos, mas na prática, esse cálculo não é viável devido ao grande número de átomos e interações envolvidas. “Uma forma de resolver o problema é usar as estatísticas da mecânica quântica. Neste caso, temos que pensar nos átomos não como pontos ou sólidos, mas como ondas, "Disse Paduan Filho.

Em bósons, ou seja, em materiais que obedecem às estatísticas de Bose-Einstein, todas as ondas associadas às partículas em que supostamente consistem são iguais. Enquanto isso, quanto mais baixa a temperatura de um material, quanto mais longos os comprimentos de onda de suas partículas constituintes, e conforme a temperatura do material se aproxima do zero absoluto, os comprimentos de onda aumentam até que todas as ondas se sobreponham. "Portanto, temos uma situação em que todas as ondas são iguais e se sobrepõem, e podemos, portanto, representar todos eles como uma única onda. Emissões de energia e elétrica, magnético, térmico, luminosa e outras propriedades podem ser calculadas por meio de uma única função de onda, " ele explicou.

Quando os pesquisadores estudaram o cloreto de níquel, eles descobriram que quando o material foi resfriado quase a zero absoluto e sujeito a um forte campo magnético, seus átomos se comportavam como bósons e, portanto, poderia ser caracterizado como um condensado de Bose-Einstein. “O fato de os átomos poderem ser percebidos como ondas é um achado experimental que corrobora a teoria, enquanto dizer que eles formam um condensado de Bose-Einstein vem da aplicação de um instrumento teórico para explicar as propriedades observadas, " ele disse.

Físicos da Universidade de São Paulo (USP) investigam as propriedades magnéticas do cloreto de níquel há mais de uma década. "Em alguns materiais, os momentos magnéticos dos átomos são desordenados à temperatura ambiente, mas ordenados quando o material é resfriado. Descobrimos que essa ordem não ocorre no cloreto de níquel, mas em temperaturas muito baixas e na presença de um alto campo magnético, exibe um momento magnético induzido, "Disse Paduan Filho.

A investigação prosseguiu através da colaboração com várias instituições estrangeiras, como o National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) em Los Alamos, EUA, e a instalação francesa de nome semelhante em Grenoble (LNCMI), entre outros. Essas parcerias permitiram aos pesquisadores atingir temperaturas da ordem de 1 milikelvin - um milésimo de grau acima do zero absoluto - e usar técnicas como a ressonância magnética nuclear (RMN) para estudar a matéria nas escalas atômica e subatômica. Foi assim que os pesquisadores conseguiram caracterizar o cloreto de níquel ultracold como um condensado de Bose-Einstein.

"Além desses experimentos, nossa colaboração também produziu um trabalho teórico consistente, e chegamos a um conjunto de equações que, com algumas transposições, pode ser aplicado a outros materiais além de condensados, “Disse Paduan Filho. O uso dessas equações oferece excelentes perspectivas não só para pesquisas básicas sobre a estrutura da matéria, mas também para futuras aplicações tecnológicas. uma vez que muitos dispositivos do dia-a-dia operam com base em propriedades magnéticas.