Geralmente, a matéria existe em três formas distintas:como um sólido, um líquido ou um gás. Pesquisas anteriores de física, Contudo, revelou outros curiosos estados da matéria, um dos quais é supersolididade. Em um estado supersólido, as partículas são organizadas em um cristal rígido e podem, no entanto, fluir através do sólido sem qualquer atrito. Embora isso possa parecer contraditório, este estado é permitido pelas leis da mecânica quântica.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Aarhus, na Dinamarca, realizou recentemente um estudo explorando a supersolididade em condensados ​​dipolares de Bose-Einstein (BEC), estados da matéria nos quais átomos separados resfriados até quase o zero absoluto se unem em uma única entidade mecânica quântica. Seu estudo, apresentado em Cartas de revisão física , revelou um ponto crítico em que ocorre a cristalização, e uma nova fase supersólida emerge, que é caracterizado por um padrão de favo de mel regular com superfluidez quase perfeita.

"Conjecturado há mais de 50 anos, a supersolididade permaneceu indescritível às observações até recentemente, onde uma nova promessa é dada por experimentos com gases muito diluídos de átomos que são resfriados e aprisionados por luz laser em temperaturas próximas do zero absoluto, "Thomas Pohl, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Sob tais condições extremas, os átomos podem formar coletivamente um chamado condensado de Bose-Einstein, que é um estado quântico que representa um superfluido sem atrito ideal. Contudo, alguém naturalmente não esperaria que tal diluído, o líquido que flui livremente pode se cristalizar. Fascinado pela natureza bizarra do estado supersólido, queríamos entender se isso seria possível se os átomos interagissem de maneira adequada. "

No início dos anos 2000, pesquisadores propuseram condensados ​​dipolares de Bose Einstein formados por partículas que, como pequenos ímãs, podem atrair e repelir uns aos outros em distâncias substanciais. Em seu estudo, Pohl e seus colegas Yongchang Zhang e Fabian Maucher observaram que as flutuações quânticas em tais condensados ​​dipolares podem levar à cristalização em um ponto crítico (isto é, um ponto no diagrama de fases onde duas fases de uma substância se tornam indistinguíveis).

Isso significa essencialmente que os condensados ​​dipolares podem, na verdade, ser supersólido, que é o que os pesquisadores esperavam quando começaram sua investigação. Seus cálculos, Contudo, rendeu mais surpresas, especificamente relacionado à forma como o fluido quântico se cristalizou.

"Quando colocamos um cubo de gelo em um copo d'água, vai demorar algum tempo até que esteja totalmente derretido, "Zhang disse ao Phys.org." Em outras palavras, a água pode coexistir na forma líquida e sólida durante o seu derretimento ou congelamento, e esse comportamento é típico de muitas outras substâncias. Para nossa surpresa, descobrimos que nosso supersólido congela de uma maneira peculiar, em que os átomos são totalmente líquidos ou totalmente sólidos, e o fluido e o cristal tornam-se virtualmente idênticos exatamente no ponto onde as duas fases se transformam sem coexistência. "

As análises realizadas por Pohl, Zhang e Maucher revelaram um novo tipo de supersólido bastante diferente do que eles haviam previsto originalmente. Em vez de átomos organizados em uma estrutura típica, o fluido quântico dipolar foi encontrado para formar uma estrutura em forma de favo de mel de canais.

No entanto, ao contrário do mel, que é um fluido viscoso, nesta estrutura, os átomos dipolares podem se mover livremente ao longo das cristas do superfluido "favo de mel". Os pesquisadores descobriram esta forma peculiar de matéria, em que as partículas podem fluir através de uma rede regular mantida unida puramente pelo próprio líquido e com viscosidade virtualmente zero, extremamente fascinante.

"Nosso estudo teórico foi baseado na análise e simulação numérica da função de onda da mecânica quântica macroscópica que descreve o estado dos átomos dipolares no condensado de Bose-Einstein, "Fabian Maucher, outro pesquisador que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Conforme apontado em trabalho anterior, um aspecto particularmente importante é incluir correlações mecânicas quânticas e flutuações quânticas na descrição. Na verdade, Acontece que o sólido em forma de favo de mel e seu comportamento de congelamento incomum são facilitados por tais flutuações quânticas, e não existiria de outra forma. "

O estudo realizado por Pohl, Zhang e Maucher apresentam um novo tipo de estado supersólido, que, como suas descobertas sugerem, pode ser rastreada até os efeitos das flutuações quânticas em condensados ​​dipolares. No futuro, eles planejam investigar essas descobertas mais a fundo e realizar mais estudos com foco em condensados ​​dipolares de Bose-Einstein. Enquanto isso, outras equipes de pesquisa também estão explorando o comportamento de fluidos quânticos dipolares, tanto em teoria quanto em experimentos.

"Muito recentemente, três grupos experimentais da Universidade de Stuttgart, a Universidade de Florença e a Universidade de Innsbruck observaram independentemente a formação de gotículas quânticas super-sólidas em escala mícron alinhadas em matrizes regulares, "Zhang disse." Essas conquistas experimentais fornecem uma perspectiva promissora, e será uma questão importante esclarecer sob quais condições nossas previsões teóricas podem ser observadas com átomos dipolares. Certamente, fluidos quânticos dipolares tornaram-se uma plataforma nova e excitante para o comportamento supersólido que continuará a desafiar nossa compreensão e revelar surpresas e novos insights sobre este fascinante estado quântico da matéria. "

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