As transições de fase clássicas são governadas pela temperatura. Um dos exemplos mais familiares são as transições de fase da água do sólido para o líquido e para o gasoso. Contudo, outros parâmetros governam as transições de fase quando as temperaturas se aproximam do zero absoluto, incluindo pressão, o campo magnético, e doping, que introduzem desordem na estrutura molecular de um material.

Este tema é tratado do ponto de vista teórico no artigo "Desvendando a física das interações mútuas em paramagnetos, " publicado em Relatórios Científicos .

O artigo resultou de discussões mantidas em laboratório no contexto da pesquisa de doutorado dos dois autores principais, Lucas Squillante e Isys Mello, supervisionado pelo último autor, Mariano de Souza, professora titular do Departamento de Física do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade do Estado de São Paulo (IGCE-UNESP) em Rio Claro, Brasil.

Os outros co-autores são Roberto Eugenio Lagos Mônaco e Antonio Carlos Seridonio, também professores da UNESP, e Harry Eugene Stanley, professor da Boston University (EUA).

O estudo foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP por meio de bolsa concedida ao projeto "Explorando propriedades termodinâmicas e de transporte de sistemas eletrônicos fortemente correlacionados, "do qual Souza foi o investigador principal.

"Em materiais paramagnéticos, há sempre uma contribuição sutil de muitos corpos para a energia do sistema. Esta contribuição pode ser considerada um pequeno campo magnético local efetivo. Geralmente é esquecido, dada a quantidade muito pequena de energia associada a ele em comparação com a energia associada a flutuações térmicas ou campos magnéticos externos.

No entanto, quando a temperatura e o campo magnético externo se aproximam de zero, tais contribuições de muitos corpos tornam-se significativas, “Souza contou.

O estudo mostrou que a matéria sempre tende a ser ordenada em baixas temperaturas devido às interações de muitos corpos. O modelo de gás de spin sem interação, portanto, não ocorre no mundo real porque uma interação de muitos corpos entre os spins no sistema imporia ordem.

"Descobrimos que em materiais reais, não existe um ponto crítico no qual uma transição de fase quântica ocorre em um campo zero genuíno por causa da persistência do campo magnético residual criado pela interação de muitos corpos. Em um contexto mais amplo, a condensação de Bose-Einstein ideal não pode ser obtida por causa dessa interação, “Disse Souza.

Um condensado de Bose-Einstein, muitas vezes referido como o "quinto estado da matéria" (os outros sendo sólidos, líquido, gás e plasma), é um grupo de átomos resfriado a um fio de cabelo de zero absoluto. Quando eles atingem essa temperatura, os átomos não têm energia livre para se mover em relação uns aos outros e cair nos mesmos estados quânticos, comportando-se como uma única partícula.

Os condensados ​​de Bose-Einstein foram primeiro previstos e calculados teoricamente por Satyendra Nath Bose (1894-1974) e Albert Einstein (1879-1955) em 1924, mas não foi até 1995 que Eric A. Cornell, Carl E. Wieman e Wolfgang Ketterle conseguiram fazer um usando gás de rubídio ultracold, pelo qual todos os três receberam o Prêmio Nobel de Física de 2001.

"O que nosso estudo mostrou foi que, embora um condensado de Bose-Einstein não ideal possa ser obtido experimentalmente, a condição ideal para condensação não pode ser alcançada porque pressupõe que as partículas não se percebem ou interagem umas com as outras, enquanto a interação residual sempre ocorre, mesmo na vizinhança do zero absoluto, “Disse Souza.

"Outra descoberta foi que a matéria pode ser magnetizada adiabaticamente [sem perda ou ganho de calor] apenas por meio dessas interações mútuas."