Ao cutucar suavemente uma nuvem rodopiante de átomos de lítio super-resfriados com um par de lasers, e observar a resposta dos átomos, pesquisadores da Swinburne desenvolveram uma nova maneira de sondar as propriedades dos materiais quânticos.

Materiais quânticos - uma família que inclui superfluidos, supercondutores, ímãs exóticos, átomos ultracold e 'isoladores topológicos' recentemente descobertos - exibem em grande escala alguns dos notáveis ​​efeitos quânticos geralmente associados a partículas microscópicas e subatômicas.

Mas, enquanto a mecânica quântica explica o comportamento das partículas microscópicas, aplicar a teoria quântica a sistemas maiores é muito mais desafiador.

"Embora o potencial dos materiais quânticos, como supercondutores, é inegável, precisamos compreender totalmente a física quântica subjacente em jogo nesses sistemas para estabelecer suas verdadeiras capacidades, "diz Chris Vale, um Professor Associado no Centro de Ciência Quântica e Óptica, quem liderou a pesquisa. "Essa é uma grande parte da motivação para o que fazemos."

Professor Associado Vale e seus colegas, incluindo Sascha Hoinka e Paul Dyke, também em Swinburne, desenvolveu uma nova forma de explorar o comportamento desta família de materiais. Eles detectaram quando um 'gás Fermi' de átomos de lítio, um material quântico simples, entrou em um estado quântico 'superfluido'.

Novo sistema verifica as teorias contra o experimento

Seu sistema permite que teorias de supercondutividade e efeitos quânticos relacionados sejam verificados com precisão em relação ao experimento, para ver se as teorias são precisas e como podem ser refinadas.

O avanço dos pesquisadores baseou-se no fato de que as propriedades especiais dos materiais quânticos emergem quando suas partículas constituintes entram em um estado sincronizado. O fluxo de resistência zero de elétrons através de supercondutores, por exemplo, surge quando os elétrons podem se unir para formar 'pares de Cooper'.

A sofisticada configuração experimental da equipe permitiu que esse comportamento quântico coordenado fosse detectado. Ajustando a interação de seus lasers com o gás Fermi, O Professor Associado Vale e seus colegas foram, pela primeira vez, capazes de detectar o indescritível, modo Goldstone de baixa energia, uma excitação que só aparece em sistemas que entraram em um estado quântico sincronizado.

"Porque nosso experimento fornece um ambiente bem controlado e a aparência do modo Goldstone é muito clara, nossas medições fornecem uma referência que as teorias quânticas podem ser testadas antes de serem aplicadas a sistemas mais complexos, como supercondutores, "O professor adjunto Vale diz.

"Ao desenvolver métodos para compreender grandes sistemas que se comportam de forma quântica, estamos construindo a base de conhecimento que sustentará as futuras tecnologias habilitadas para o quantum. "

A pesquisa da equipe foi publicada no jornal online Física da Natureza .