Uma equipe de pesquisadores de várias instituições na Alemanha e na Áustria desenvolveu um meio para observar diretamente as transições de fase quântica dinâmica em um sistema de muitos corpos em interação. Em seu artigo publicado na revista Cartas de revisão física , a equipe descreve a criação de um ambiente ultracold exclusivo que permitiu a visualização da transição de fase quântica.

As transições de fase são comuns no mundo observável - água transformando-se em gelo, por exemplo. A maioria desses tipos de transições ocorre como resultado de mudanças na temperatura. Mas os físicos sabem que pode haver outros tipos de transições que ocorrem devido a mudanças na energia, que foram descritos pelo princípio da incerteza de Heisenberg. Para realizar experimentos projetados para testar essas transições, os pesquisadores normalmente têm que sujeitá-los a condições de quase zero absoluto para evitar que flutuações térmicas causem interferência. Em tais experimentos, o tempo se torna o principal fator de transição, em vez de temperatura.

Em 2013, uma equipe de físicos teóricos notou que parecia haver semelhanças entre o operador de evolução e a função de partição. O papel que o tempo desempenhou na evolução de um sistema quântico isolado termicamente, eles mostraram, era igual à temperatura inversa em um sistema que estava em equilíbrio térmico. Seus cálculos mostraram que um sistema quântico deve ser capaz de passar por mudanças de estado de natureza semelhante às transições de fase. Neste novo esforço, os pesquisadores provaram que essa teoria é verdadeira criando um modelo de Ising de campo transversal modificado e manipulando o spin dos íons mantidos em um ambiente ultracold.

Mais especificamente, a equipe capturou cordas de 10 íons de cálcio-40 usando um campo magnético em um freezer onde as temperaturas foram reduzidas a quase zero absoluto. No início, os giros foram todos configurados para apontar na mesma direção. A equipe então alterou aleatoriamente os estados de rotação de cada um, levando o sistema fora de equilíbrio, e observou o que aconteceu - a teoria previu que o sistema voltaria a evoluir ao longo do tempo até um ponto em que todos os spins estivessem novamente alinhados; a equipe relata que os pontos de rotação ocorreram nos momentos previstos, provando que a teoria está correta.

Acredita-se que a confirmação da teoria levará a uma melhor compreensão do comportamento da matéria quântica e das transições de fase em particular.

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