Novo “estado físico da matéria” é encontrado próximo ao 0º absoluto

Ao criar átomos dentro de átomos, a nova pesquisa marca uma época empolgante para a física quântica.

Publicado 26 de fev. de 2018 16:26 BRT, Atualizado 5 de nov. de 2020 03:22 BRT
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O elétron (em azul) orbita o núcleo (em vermelho), anexando vários outros átomos do condensado de Bose-Einstein (em verde).
Foto de Ilustração de TU Wien

Cruciais para as propriedades da matéria, átomos são conhecidos como as unidades básicas do universo. Lembrando das suas aulas de ciências do ensino fundamental, você talvez se recorde que os átomos são formados por prótons positivos, nêutrons neutros e elétrons negativos. Mas, relativamente, há muito espaço vazio entre estas partículas subatômicas.

Os elétrons normalmente orbitam longe do núcleo do átomo. Se estas unidades básicas podem ser preenchidas com tanto espaço vazio, uma equipe de cientistas da Universidade Técnica de Viena e da Universidade de Harvard queriam ver se era possível preencher esse vazio com outra coisa, como outros átomos.  (Relacionado: "Como um estudante fotografou um único átomo")

O átomo de Rydberg

Em física quântica, cientistas são capazes de criar átomos de Rydberg, no qual um ou mais elétrons altamente carregados orbitam longe do núcleo.

"A distância média entre o elétron e seu núcleo pode ser tão grande quanto centenas de nanômetros – mil vezes maior do que o raio de um átomo de hidrogênio”, disse Jochim Burgdörfer, diretor do Instituto de Física Teórica da Universidade Técnica de Viena, em um comunicado oficial.

Nesse novo estudo, publicado na Physical Review Letters, os pesquisadores criaram um condensado de Bose-Einstein a partir de átomos de estrôncio, resfriando um gás diluído de bósons diluído – um tipo de partícula subatômica – para o mais próximo possível do zero absoluto. Então, com um laser, eles transferiram energia para um desses átomos, transformando-o em um átomo de Rydberg com um grande raio atômico. Esse raio era maior do que a distância comum entre dois átomos no condensado.

Acontece que átomos neutros quase não têm impacto no caminho desse grande elétron de Rydberg devido a sua falta de carga. Mas o elétron ainda reage aos átomos neutros em seu caminho, o que previne que ele se transforme em um estado físico de matéria diferente.

Simulações de computador mostram que essa interação é fraca, reduzindo a energia do sistema e criando um vínculo entre os átomos de Rydberg e outros átomos dentro da órbita eletrônica.

“É uma situação muito incomum,” disse Shuhei Yoshida, professor da TU Wien que também participou da pesquisa. “Normalmente, lidamos com núcleos carregados, unindo elétrons ao seu redor. Aqui, nós temos um elétron unindo átomos neutros.”

Este novo e exótico estado físico da matéria, chamado de polarons de Rydberg, acontece apenas em temperaturas baixas. As partículas movem-se mais rapidamente e os vínculos se quebram quando tudo aquece.

“Para nós, esse novo e fragilmente unido estado físico da matéria é uma possibilidade empolgante para investigarmos a física de átomos ultrafrios”, continua Burgdörfer. “Assim, é possível sondar as propriedades de um condensado de Bose-Einstein em pequenas escalas e com alta precisão.”

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