Traduzido por Julio Batista
Original de Tessa Koumoundouros para o ScienceAlert

As partículas se comportam de maneira diferente no nível quântico, em parte porque, neste ponto, suas interações entre si têm mais poder sobre elas do que a energia de seu movimento. Nesse caso, é claro, há o fato surpreendente de que as partículas quânticas não têm exatamente uma determinada localização fixa como você ou eu, o que influencia como elas interagem.

Resfriando as partículas até o mais próximo possível do zero absoluto e eliminando outras interferências, os físicos podem observar o que acontece quando essas estranhas interações acontecem, como uma equipe do MIT acabou de fazer.

“É um avanço ser capaz de ver esses efeitos quânticos diretamente”, disse o físico do MIT Martin Zwierlein.

A equipe segurou e girou uma nuvem de cerca de 1 milhão de átomos de sódio usando lasers e eletroímãs. Em pesquisas anteriores, físicos demonstraram que isso giraria a nuvem em uma longa estrutura semelhante a uma agulha, um condensado de Bose-Einstein, onde o gás começa a se comportar como uma única entidade com propriedades compartilhadas.

“Em um fluido clássico, como a fumaça do cigarro, ele fica cada vez mais fino”, disse Zwierlein. “Mas no mundo quântico, um fluido atinge o limite de sua espessura.”

No novo estudo, o físico do MIT Biswaroop Mukherjee e seus colegas foram além desse estágio, capturando uma série de imagens de absorção que revelam o que acontece depois que os átomos passam de predominantemente governados pela física clássica para quântica.

A imagem abaixo destaca as densidades de átomos ultrafrios em microssegundos.

A nuvem de átomos evoluiu do condensado em forma de agulha (esquerda), passou pela instabilidade em formato de serpente (centro) e formou tornados minúsculos (direita).

Existem até mesmo pequenos pontos escuros entre os cristais vizinhos (veja os ‘x’ abaixo) onde ocorrem vórtices de contrafluxo – exatamente como vemos em sistemas climáticos complexos (pense nas tempestades vizinhas em Júpiter).

“Aqui, temos o clima quântico: o fluido, apenas a partir de suas instabilidades quânticas, se fragmenta nessa estrutura cristalina de nuvens menores e vórtices”, explicou Zwierlein.

“Essa evolução se conecta à ideia de como uma borboleta na China pode criar uma tempestade nos EUA, devido às instabilidades que geram turbulência. Mesmo na física clássica, isso dá origem a uma formação de padrões intrigantes, como nuvens envolvendo a Terra em belos movimentos espirais. E agora podemos estudar isso no mundo quântico.”

A equipe controlava o sistema de forma que nada mais estivesse exercendo uma força sobre o domínio atômico. Isso significava que apenas as interações das próprias partículas e sua rotação estavam em jogo. O comportamento resultante exibia propriedades supersólidas, parecidas com o que os elétrons produzem na forma de cristais de Wigner.

Enquanto os sólidos cristalinos tradicionais são geralmente compostos de átomos dispostos em uma estrutura de grade estacionária e repetida, essas estruturas continuam a flutuar, mas permanecem dentro de um padrão definível – como um líquido fingindo ser um sólido se mantendo e fluindo através de uma forma fixa.

A equipe essencialmente fez com que os átomos se comportassem como elétrons em um campo magnético. Usar átomos dessa maneira torna os fenômenos quânticos resultantes mais fáceis de manipular e observar – abrindo o caminho para ainda mais descobertas sobre este mundo louco e incrível.

“Podemos visualizar o que os átomos individuais estão fazendo e ver se eles obedecem à mesma física quântica”, disse Zwierlein.

Esta pesquisa foi publicada na Nature.