p Um sistema feito de apenas um punhado de partículas atua como sistemas maiores, permitindo que os cientistas estudem o comportamento quântico com mais facilidade. p A maioria das substâncias que os físicos estudam é composta por um grande número de partículas - tão grandes que essencialmente não há diferença entre as propriedades comportamentais de uma queda ou o valor de água pura de uma piscina. Mesmo uma única gota pode conter mais de um quatrilhão de partículas.

p Isso torna a compreensão de seu comportamento coletivo relativamente fácil. Por exemplo, a água da gota e da piscina congelará a 0C e ferverá a 100C.

p Tais 'transições de fase' (isto é, de líquido para sólido ou de líquido para gás) podem aparecer abruptas nestes grandes sistemas, porque tantas partículas estão envolvidas que todas parecem agir ao mesmo tempo. Mas e em sistemas muito menores? Quando há apenas um punhado de partículas, as mesmas regras de transições de fase se aplicam?

p Para responder a essas perguntas, uma equipe de cientistas do Imperial College London, a Universidade de Oxford e o Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, Alemanha, fez um sistema com menos de 10 fótons, as partículas fundamentais da luz. Os resultados de seus experimentos, publicado hoje em Física da Natureza , mostram que as transições de fase ainda ocorrem em sistemas compostos de apenas sete partículas em média.

p Estudar o comportamento quântico das partículas é muito mais fácil com menos partículas, portanto, o fato de as transições de fase ocorrerem nesses pequenos sistemas significa que os cientistas são mais capazes de estudar as propriedades quânticas, como a coerência.

p O autor principal, Dr. Robert Nyman, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Agora que está confirmado que a 'transição de fase' ainda é um conceito útil em sistemas tão pequenos, podemos explorar propriedades de maneiras que não seriam possíveis em sistemas maiores.

p "Em particular, podemos estudar as propriedades quânticas da matéria e da luz - o que acontece na menor escala quando ocorrem transições de fase. "

p O sistema que a equipe estudou foi um condensado de Bose-Einstein (BEC) de fótons. Os BECs se formam quando um gás de partículas quânticas está tão frio ou tão próximo que não pode mais ser distinguido. Um BEC é um estado da matéria que tem propriedades muito diferentes dos sólidos, líquidos, gases ou plasmas.

p A equipe descobriu que, ao adicionar fótons ao sistema, uma transição de fase para um BEC ocorreria quando o sistema atingisse cerca de sete fótons, menos do que em qualquer outro BEC visto antes. Sendo tão pequeno, a transição foi menos abrupta do que em sistemas maiores, como piscinas de água, mas o fato de que a transição ocorreu em um ponto previsível reflete bem sistemas maiores.

p O sistema foi criado com um aparelho simples - um pouco de tinta fluorescente e espelhos curvos. Isso significa que, além de ser útil no estudo de propriedades quânticas, o sistema poderia ser usado para criar e manipular estados especiais de luz.

p Co-autor, Dr. Florian Mintert, do Departamento de Física do Imperial, disse:"Com o melhor de dois mundos distintos - a física das transições de fase e a acessibilidade de pequenos sistemas - esta fonte de luz incomum tem aplicações potenciais em medição ou detecção."