p E se você pudesse interromper a ordem cristalina da matéria quântica de modo que um superfluido pudesse fluir livremente mesmo em temperaturas e pressões onde normalmente não ocorre? Essa ideia foi demonstrada por uma equipe de cientistas liderada por Ludwig Mathey e Andreas Hemmerich da Universidade de Hamburgo. p Congelar água implica na mudança de uma fase da matéria para outra, chamada de transição de fase. Durante esta transição, como inúmeras outras que ocorrem na natureza, normalmente ocorre nas mesmas condições fixas - neste caso, o ponto de congelamento - pode ser influenciado de forma controlada. A transição de congelamento pode ser controlada para produzir um sorvete ou uma lama. Para fazer uma lama gelada e refrescante com a consistência perfeita, uma máquina de lama com lâminas em rotação constante evita que as moléculas de água se cristalizem e transformem a lama em um bloco sólido de gelo.

p Imagine controlar a matéria quântica da mesma maneira. Em vez de formar um líquido normal, como uma lama derretida sob o sol, a matéria quântica pode formar um superfluido. Esta forma de matéria contra-intuitiva foi observada pela primeira vez no hélio líquido a temperaturas muito baixas, menos de dois Kelvin acima do zero absoluto. Os átomos de hélio têm uma forte tendência de formar um cristal, como as moléculas de água em uma lama, e isso restringe o estado superfluido do hélio a temperaturas muito baixas e pressões baixas.

p Mas e se você pudesse ligar as lâminas de sua máquina de lama para matéria quântica? E se você pudesse interromper a ordem cristalina para que o superfluido pudesse fluir livremente, mesmo em temperaturas e pressões onde normalmente não acontece? Essa foi a ideia agora demonstrada por uma equipe de cientistas liderada por Ludwig Mathey e Andreas Hemmerich da Universidade de Hamburgo. Eles interromperam a ordem cristalina em um sistema quântico de maneira controlada, iluminando-o com luz que oscila no tempo em uma frequência específica. Os físicos usam o termo "dirigir" para descrever esse tipo de mudança periódica aplicada ao sistema - uma ação realizada pelas lâminas giratórias de uma máquina lamacenta. Trabalho deles, publicado em Cartas de revisão física , identificou um mecanismo fundamental de como um sistema típico com fases concorrentes responde a uma condução periódica externa.

p Os pesquisadores estudaram um gás de átomos frios colocados entre dois espelhos altamente refletivos. Os espelhos formam uma cavidade que serve como ressonador para os fótons à medida que os átomos os espalham várias vezes antes de serem detectados em experimentos. Para fornecer uma fonte de fótons, um feixe de laser de bomba externa é direcionado para a nuvem de átomos.

p Semelhante à água mudando sua fase de líquido para gelo, este sistema de matéria leve exibe uma transição de fase quântica. Os átomos de um gás inicialmente homogêneo se organizam espontaneamente em um padrão quadriculado quando a intensidade do feixe da bomba fica suficientemente forte. A auto-organização vem às custas do superfluido, que é suprimido pela ordem cristalina. Este é um dos muitos exemplos naturais de competição em que uma fase vence a outra. Os pesquisadores mostram que com um pouco de "impulso, "você pode inclinar a balança a favor do azarão - neste exemplo, a fase superfluida. "Observamos em nossas simulações de computador que uma modulação periódica da intensidade da bomba pode desestabilizar a fase auto-organizada dominante, "explica o autor principal Jayson Cosme." Isso permite que a fase homogênea anteriormente instável ressurja e restaura o superfluido. É superfluidez induzida pela luz. "

p Os cientistas então observaram sua previsão em um experimento realizado no grupo de Andreas Hemmerich. "Intuitivamente, pode-se esperar que, se sacudirmos o sistema, tudo o que faz é aquecer. Foi intrigante ver uma assinatura clara do fluido quântico ressurgindo, "explica Andreas Hemmerich.

p A intensificação ou supressão de uma fase devido a uma força motriz externa também foi sugerida em outros sistemas físicos. Por exemplo, em supercondutores de alta temperatura, pulsos de laser podem derreter a ordem listrada dominante de equilíbrio, pavimentando o caminho para o surgimento da supercondutividade - um fenômeno denominado supercondutividade induzida pela luz. O mecanismo fundamental que pode ajudar a explicar esse processo ainda é objeto de debate. "Propusemos este tipo de controle de luz da superfluidez para demonstrar o princípio que foi hipotetizado para a supercondutividade induzida pela luz, "explica Ludwig Mathey. Com esta descoberta, a física do átomo frio demonstra uma visão geral, mecanismo contra-intuitivo de controlar as transições de fase em sistemas de muitos corpos. Ele abre um novo capítulo da física do estado sólido no qual os cientistas não apenas medem as propriedades de equilíbrio da matéria, em vez disso, projete um estado de não equilíbrio com as propriedades desejadas por meio do controle de luz.