Pesquisadores liderados por Francesca Ferlaino da Universidade de Innsbruck e da Academia Austríaca de Ciências relatam em Revisão Física X na observação do comportamento supersólido em gases quânticos dipolares de érbio e disprósio. No gás disprósio, essas propriedades têm vida longa sem precedentes. Isso prepara o terreno para futuras investigações sobre a natureza dessa fase exótica da matéria.

A supersolididade é um estado paradoxal em que a matéria é tanto cristalizada quanto superfluida. Previsto há 50 anos, uma fase tão contra-intuitiva, apresentando propriedades bastante antitéticas, há muito tempo é procurado no hélio superfluido. Contudo, após décadas de esforços teóricos e experimentais, uma prova inequívoca de supersolididade nesses sistemas ainda está faltando. Duas equipes de pesquisa lideradas por Francesca Ferlaino, um no Instituto de Física Experimental da Universidade de Innsbruck e um no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências, agora relato sobre a observação de marcas desse estado exótico em gases atômicos ultracold.

Embora até agora a maioria dos trabalhos tenha se concentrado no hélio, pesquisadores recentemente se voltaram para gases atômicos, em particular, aqueles com fortes interações dipolares. A equipe de Francesca Ferlaino há muito tempo vem investigando gases quânticos feitos de átomos com forte caráter dipolar. "Experimentos recentes revelaram que tais gases apresentam semelhanças fundamentais com o hélio superfluido, "diz Lauriane Chomaz, referindo-se a realizações experimentais em Innsbruck e em Stuttgart nos últimos anos. "Essas características estabelecem a base para alcançar um estado onde as várias dezenas de milhares de partículas do gás se organizam espontaneamente em uma estrutura cristalina autodeterminada, enquanto compartilham a mesma função de onda macroscópica - marcas da supersolididade."

Os pesquisadores em Innsbruck criaram experimentalmente estados que mostram essas características de supersolididade, ajustando a força de interação entre as partículas, em ambos os gases quânticos érbio e disprósio. "Enquanto no érbio o comportamento supersólido é apenas transitório - em linha com os belos experimentos recentes em Pisa e em Stuttgart - nossa realização de disprósio mostra uma estabilidade sem precedentes, "diz Francesca Ferlaino." Aqui, o comportamento supersólido não só tem vida longa, mas também pode ser alcançado diretamente por meio do resfriamento evaporativo, partindo de uma amostra térmica. "Como soprar sobre uma xícara de chá, o princípio aqui é remover as partículas que carregam a maior parte das energias para que o gás se torne cada vez mais frio e finalmente alcance um estado estacionário degenerado quântico com propriedades supersólidas em equilíbrio térmico.

Isso oferece perspectivas empolgantes para experimentos e teorias em um futuro próximo, já que o estado supersólido neste cenário é pouco afetado pela dinâmica dissipativa ou excitações, abrindo assim o caminho para sondar seu espectro de excitação e seu comportamento de superfluido. O trabalho foi financiado pelo Fundo de Ciência Austríaco FWF, a Academia Austríaca de Ciências, e a União Europeia.