Identificação de constituintes elementares da matéria, incluindo quarks, bósons e elétrons, e a maneira pela qual essas partículas interagem umas com as outras, constitui um dos maiores desafios das ciências físicas modernas. Resolver este problema pendente não só aprofundará nossa compreensão dos primeiros dias do universo, mas também lançará luz sobre estados exóticos da matéria, como supercondutores.

Além dos gases, líquidos e sólidos, a matéria pode existir em outras formas quando está sujeita a condições extremas. Tais situações foram encontradas no universo logo após o Big Bang, e também podem ser imitados em laboratório. E enquanto uma infinidade de partículas elementares foram descobertas em aceleradores de alta energia, questões complexas sobre suas interações e a existência de novos estados da matéria permanecem sem resposta.

Em colaboração com o grupo experimental de Immanuel Bloch, Monika Aidelsburger e Christian Schweizer (Munique), e os teóricos Eugene Demler e Fabian Grusdt (Harvard), Nathan Goldman e Luca Barbiero (Física de Sistemas Complexos e Mecânica Estatística, Faculdade de Ciências) propuseram e validaram uma nova abordagem experimental pela qual esses ricos fenômenos podem ser estudados.

Publicado em Física da Natureza , seus relatórios de trabalho sobre a realização experimental de uma "teoria de calibre de rede, "um modelo teórico inicialmente proposto por Kenneth Wilson, Recebedor do Prêmio Nobel de Física em 1982, para descrever as interações entre partículas elementares, como quarks e glúons. Os autores demonstram que sua configuração experimental, um gás ultracold de átomos manipulado por lasers, reproduz as características de tal modelo. O desafio consistia em implementar interações bem definidas entre partículas de matéria e bósons de calibre, que são os mediadores das forças fundamentais. No contexto do átomo frio, esses tipos de partículas são representados por diferentes estados atômicos, que pode ser resolvido de uma maneira muito fina usando lasers.

Esta nova abordagem experimental constitui um passo importante para a simulação quântica de teorias mais sofisticadas, que pode eventualmente lançar alguma luz sobre questões em aberto na física de alta energia e de estado sólido usando experimentos de mesa.