Os pesquisadores alcançaram um avanço na física quântica, observando a transição de um estado superfluido da matéria para um supersólido – e depois revertendo – pela primeira vez. Esta mudança de fase reversível, detalhada num estudo da Nature de 28 de janeiro, confirma uma possibilidade anteriormente teórica e abre novos caminhos para a compreensão de estados exóticos da matéria.
O estranho mundo das fases quânticas
A maioria das pessoas está familiarizada com três fases comuns: sólida, líquida e gasosa. Contudo, sob condições extremas, a matéria pode existir em muitos outros estados. Os superfluidos são um exemplo: eles fluem sem qualquer resistência, formando até mesmo vórtices quânticos perpétuos quando agitados, e aparecem apenas em temperaturas logo acima do zero absoluto.
Supersólidos, que teoricamente surgem de superfluidos ainda mais frios, combinam viscosidade zero com ordem cristalina. Ao contrário dos líquidos típicos, as partículas de um supersólido organizam-se numa rede, mantendo a sua capacidade de fluir e formar vórtices quânticos.
A experiência e as principais descobertas
Tentativas anteriores de criar supersólidos dependiam de manipulação externa para forçar as partículas a formar uma estrutura reticulada. Esta nova pesquisa demonstra uma transição de fase natural: o superfluido organizando-se espontaneamente em um supersólido sob as condições certas.
Para conseguir isso, a equipe juntou duas folhas de grafeno e as expôs a um forte campo magnético, criando uma “sopa de excitons”. Os excitons, quasipartículas formadas a partir de pares elétron-buraco, comportaram-se inesperadamente à medida que o sistema esfriava.
Do Superfluido ao Supersólido
Em temperaturas entre 2,7 e 7,2°F (1,5–4°C) acima do zero absoluto, os excitons formaram um superfluido. O resfriamento adicional induziu uma mudança para uma fase eletricamente isolante, que os pesquisadores acreditam ser um estado supersólido genuíno.
Como Jia Li, físico da Universidade do Texas em Austin, explicou: “Observar uma fase isolante que se funde em um superfluido não tem precedentes. Isso sugere fortemente que a fase de baixa temperatura é um exciton sólido altamente incomum.”
Por que isso é importante
Esta descoberta é importante porque valida previsões teóricas fundamentais sobre o comportamento da matéria em temperaturas extremas. A capacidade de induzir naturalmente esta transição de fase sugere uma estabilidade inerente e mais profunda nestes estados exóticos.
As implicações vão além da física pura. A compreensão dos supersólidos poderia desbloquear novas tecnologias: materiais com resistência zero poderiam revolucionar a transmissão de energia, enquanto as propriedades únicas destas fases poderiam levar a novos dispositivos quânticos.
O que vem a seguir?
A equipe planeja explorar outros materiais e refinar técnicas de medição para caracterizar ainda mais o estado supersólido do exciton. Cory Dean, físico da Universidade de Columbia, afirmou que “Por enquanto, estamos explorando os limites em torno deste estado isolante, enquanto construímos novas ferramentas para medi-lo diretamente.”
Esta investigação não se trata apenas de testemunhar um fenómeno estranho; trata-se de ampliar os limites da nossa compreensão da matéria e preparar o caminho para futuras descobertas tecnológicas.
Em última análise, esta descoberta confirma que o universo guarda surpresas ainda mais estranhas do que imaginávamos anteriormente, e que a busca para compreender as suas leis fundamentais está longe de terminar.
