A matéria quântica pode ser sólida e fluida ao mesmo tempo - uma situação conhecida como supersolididade. Pesquisadores liderados por Francesca Ferlaino criaram pela primeira vez esta propriedade fascinante em duas dimensões. Eles agora relatam no jornal Natureza na realização da supersolididade ao longo de dois eixos de um gás quântico ultracold. O experimento oferece muitas possibilidades para uma investigação mais aprofundada desse exótico estado da matéria.

Os gases quânticos são muito adequados para investigar as consequências microscópicas das interações na matéria. Hoje, os cientistas podem controlar com precisão as partículas individuais em nuvens de gás extremamente resfriadas no laboratório, revelando fenômenos que não podem ser observados no mundo cotidiano. Por exemplo, os átomos individuais em um condensado de Bose-Einstein são completamente deslocalizados. Isso significa que o mesmo átomo existe em cada ponto do condensado em um determinado momento. Dois anos atrás, o grupo de pesquisa liderado por Francesca Ferlaino do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck e do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências em Innsbruck conseguiu, pela primeira vez, gerar estados supersólidos em gases quânticos ultracold de magnética átomos. A interação magnética faz com que os átomos se auto-organizem em gotículas e se organizem em um padrão regular.

"Normalmente, você pensaria que cada átomo seria encontrado em uma gota específica, sem nenhuma maneira de ficar entre eles, "diz Matthew Norcia da equipe de Francesca Ferlaino." No entanto, no estado supersólido, cada partícula é deslocalizada em todas as gotículas, existindo simultaneamente em cada gota. Então, basicamente, você tem um sistema com uma série de regiões de alta densidade (as gotas) que compartilham os mesmos átomos deslocalizados. "Esta formação bizarra permite efeitos como fluxo sem atrito, apesar da presença de ordem espacial (superfluidez).

Novas dimensões, novos efeitos para explorar

Até agora, estados supersólidos em gases quânticos só foram observados como uma cadeia de gotículas (ao longo de uma dimensão). "Em colaboração com os teóricos Luis Santos da Leibniz Universität Hannover e Russell Bisset em Innsbruck, estendemos este fenômeno a duas dimensões, dando origem a sistemas com duas ou mais fileiras de gotículas, "explica Matthew Norcia. Esta não é apenas uma melhoria quantitativa, mas também amplia de maneira crucial as perspectivas de pesquisa. "Por exemplo, em um sistema supersólido bidimensional, pode-se estudar como vórtices se formam no buraco entre várias gotas adjacentes, "diz ele." Esses vórtices descritos em teoria ainda não foram demonstrados, mas eles representam uma consequência importante da superfluidez, "Francesca Ferlaino já está olhando para o futuro. O experimento agora relatado na revista Nature cria novas oportunidades para investigar mais profundamente a física fundamental deste fascinante estado da matéria.

Novo campo de pesquisa:Supersólidos

Previsto há 50 anos, a supersolididade com suas propriedades surpreendentes foi investigada extensivamente no hélio superfluido. Contudo, após décadas de pesquisa teórica e experimental, uma prova clara de supersolididade neste sistema ainda estava faltando. Dois anos atrás, grupos de pesquisa em Pisa, Stuttgart e Innsbruck tiveram sucesso pela primeira vez de forma independente na criação dos chamados supersólidos a partir de átomos magnéticos em gases quânticos ultracold. A base para o novo, O crescente campo de pesquisa dos supersólidos é a forte polaridade dos átomos magnéticos, cujas características de interação permitem a criação deste estado mecânico quântico paradoxal da matéria em laboratório.