Novo material quântico desafia a física ao ser sólido e líquido
Novo experimento cria um supersólido que combina propriedades de sólido e líquido
Fala Ciência|Do R7
Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) alcançaram um avanço importante ao produzir um supersólido, uma forma rara de matéria que reúne simultaneamente propriedades típicas de sólidos e líquidos. A descoberta contribui para ampliar o entendimento sobre os estados quânticos da matéria, demonstrando que características aparentemente incompatíveis podem coexistir quando os átomos são manipulados em condições extremamente controladas.
O estudo, publicado na revista Nature, descreve um experimento no qual cientistas utilizaram gases ultrafrios combinados com lasers de alta precisão para organizar os átomos em uma configuração incomum. Nesse arranjo, o material mantém uma estrutura cristalina rígida, semelhante à de um sólido tradicional. No entanto, ao mesmo tempo, suas partículas conseguem se mover internamente sem resistência, comportamento típico de superfluidos.
Esse resultado revela uma fase da matéria que desafia a compreensão clássica sobre a diferença entre sólidos e líquidos. Em vez de permanecerem completamente fixos, os átomos formam uma rede organizada enquanto ainda conseguem se deslocar dentro da própria estrutura, criando uma combinação inesperada entre rigidez e fluidez. De forma simplificada, o experimento envolveu três etapas principais:
Quando a matéria entra no território quântico
Para alcançar esse estado incomum, os cientistas primeiro produziram um Condensado de Bose-Einstein, uma fase da matéria em que partículas extremamente frias passam a agir coletivamente, como se fossem um único sistema quântico.
Nesse regime, os átomos deixam de ter posições bem definidas e passam a ser descritos por distribuições de probabilidade, características da mecânica quântica. Em vez de ocuparem um ponto específico, eles podem se espalhar por todo o material. Esse comportamento permite que o supersólido apresente duas propriedades aparentemente incompatíveis:
Assim, os átomos continuam organizados em uma rede rígida, mas ainda conseguem se mover através dessa estrutura sem resistência.
Supersólidos podem ajudar a explicar fenômenos extremos do universo
Embora esse tipo de experimento seja realizado em ambiente de laboratório, suas implicações vão muito além da física experimental. A compreensão dos estados supersólidos da matéria pode ajudar os cientistas a interpretar fenômenos que ocorrem em ambientes cósmicos extremos, como a matéria ultradensa existente no interior de estrelas de nêutrons.
Além disso, esse avanço científico pode impulsionar o desenvolvimento de sensores quânticos extremamente precisos, contribuir para novos progressos na computação quântica e abrir caminho para a criação de materiais com propriedades físicas inéditas. No conjunto, esses resultados indicam que os pesquisadores estão cada vez mais próximos de controlar e manipular estados exóticos da matéria em escala atômica.
Manipulação precisa de átomos abre novas possibilidades
Produzir um supersólido não é uma tarefa simples. O experimento exige controle rigoroso de temperatura, campos magnéticos e lasers, pois pequenas perturbações podem destruir rapidamente o delicado estado quântico criado.
Mesmo com essas dificuldades, os avanços recentes demonstram que a ciência está evoluindo rapidamente na capacidade de manipular átomos individualmente. À medida que as técnicas experimentais continuam a se aperfeiçoar, as fronteiras entre sólidos, líquidos e outros estados da matéria podem se tornar cada vez menos definidas. Isso revela que o comportamento da matéria no nível quântico é muito mais complexo, e fascinante, do que se imaginava.
Escrito por Leandro C. Sinis, Biólogo (UFRJ) para o Fala Ciência.
