p Experimentos com átomos ultrafrios na TU Wien mostraram resultados surpreendentes:nuvens de átomos acoplados sincronizam em milissegundos. Este efeito não pode ser explicado por teorias padrão. p Quando os átomos são resfriados a uma temperatura quase zero, suas propriedades mudam completamente. Eles podem se transformar em um condensado de Bose-Einstein, um estado de matéria ultra-frio, em que as partículas perdem sua individualidade e só podem ser descritas coletivamente - como um único objeto quântico.

p Na TU Wien (Viena), nuvens de átomos ultrafrios têm sido estudadas há anos. Eles são um sistema de modelo perfeito para estudar questões fundamentais da física quântica de muitas partículas. Agora, a equipe de pesquisa do Professor Jörg Schmiedmayer (Instituto de Física Atômica e Subatômica, TU Wien) encontrou resultados notáveis ​​que não podem ser explicados por nenhuma das teorias existentes. Quando dois gases quânticos ultrafrios são acoplados, eles podem sincronizar espontaneamente, oscilando em uníssono perfeito após apenas alguns milissegundos. Isso significa que as teorias dos livros sobre condensados ​​de Bose-Einstein precisam ser revisitadas. Os resultados já foram publicados na revista Cartas de revisão física .

p Átomos na armadilha

p "Usamos um chip de átomo especialmente projetado para resfriar os átomos e modificar suas propriedades", disse Jörg Schmiedmayer. "O chip pode capturar centenas ou milhares de átomos e manipular suas propriedades coletivas com campos eletromagnéticos."

p Inicialmente, uma nuvem de átomos é resfriada a uma temperatura de apenas alguns nanokelvins. "Então, usando o chip atom, nós criamos uma barreira, separando a nuvem em duas partes ", diz Marine Pigneur, primeiro autor do artigo e Ph.D. aluno da equipe de Schmiedmayer. "Se a barreira for baixa o suficiente, átomos ainda podem passar de um lado para o outro por um efeito chamado tunelamento quântico. Portanto, as duas nuvens de átomos não são completamente independentes, eles estão acoplados. "

p De acordo com a física quântica, cada objeto pode ser descrito como uma onda. As propriedades da onda não são visíveis para nós, porque os objetos com os quais lidamos todos os dias são muito grandes e muito quentes. O comportamento dos átomos frios, Contudo, é fortemente influenciado por essas propriedades de onda.

p Uma dessas propriedades é a fase, que pode ser entendido comparando a onda quântica a um relógio de pulso:"Imagine dois relógios de pêndulo idênticos", disse Jörg Schmiedmayer. "Eles podem estar perfeitamente sincronizados, de modo que os dois pêndulos atinjam seu ponto mais baixo exatamente ao mesmo tempo, mas normalmente, o movimento deles está um pouco fora de sincronia. Nesse caso, falamos de uma diferença de fase entre os dois pêndulos. "

p Quando as duas nuvens de átomos são criadas, eles começam sem diferença de fase - eles estão perfeitamente sincronizados. Mas usando o chip atom, eles podem ser dessincronizados. A diferença de fase quântica entre as duas nuvens de átomos (até que ponto eles estão fora de sincronia) pode ser controlada com grande precisão. Após, as duas nuvens são monitoradas cuidadosamente para ver se essa diferença de fase muda com o tempo.

p Se dois pêndulos clássicos são acoplados por um elástico, a banda dissipará parte da energia e os dois pêndulos se sincronizarão. Algo semelhante acontece com as duas nuvens de átomos:se estiverem acopladas, eles sincronizam automaticamente, em um período de tempo incrivelmente curto. "Isso parece normal, quando pensamos em relógios de pêndulo, mas de acordo com as teorias bem estabelecidas de condensados ​​de Bose-Einstein, isso é bastante surpreendente porque não temos dissipação ", disse Jörg Schmiedmayer. "Em um sistema quântico como o nosso, que é protegido do meio ambiente, esperaríamos períodos de sincronização alternando com dessincronização para sempre. "

p Procurando por um mecanismo desconhecido

p "No processo de dessincronização dos relógios, nós trazemos o sistema fora de equilíbrio ", diz Marine Pigneur. "A maioria das teorias até agora descreve com sucesso o acoplamento de condensados ​​de Bose-Einstein em equilíbrio, mas são insuficientes para descrever a situação de desequilíbrio e a sincronização que observamos. ”O fato de os“ ritmos quânticos ”das duas nuvens de átomos serem exatamente os mesmos depois de apenas alguns milissegundos implica a existência de um mecanismo que dissipa energia. Como o sistema está isolado de seu ambiente, a energia não pode ser dissipada, mas apenas transferida. "O acoplamento, conforme contabilizado nas teorias dos livros didáticos, não pode transferir energia tão forte e rapidamente quanto observamos. Portanto, ou essas teorias estão perdendo algo - ou estão apenas erradas. Isso significa que é o nosso entendimento da interação entre os próprios átomos que deve ser modificado. "

p Com esta descoberta surpreendente, a equipe de pesquisa espera estimular mais pesquisas nesta área. "Afinal, o comportamento de sistemas quânticos de muitos corpos fora de equilíbrio é um dos grandes problemas não resolvidos da física moderna ", disse Jörg Schmiedmayer. "Isso se conecta a muitas questões fundamentais - desde o estado do universo primitivo logo após o big bang à questão de por que estranhos efeitos quânticos só podem ser observados em uma escala minúscula, enquanto objetos maiores obedecem às leis da física clássica. "