Pesquisadores da Universidade Monash previram uma nova forma incomum de matéria quântica que poderia derrubar crenças de longa data sobre o comportamento de partículas ultrafrias.
Seus cálculos mostram que, nas condições certas, duas classes fundamentalmente diferentes de partículas quânticas – bósons e férmions – podem se combinar para formar “gotículas quânticas” estáveis e autolimitadas. Os cientistas acreditavam anteriormente que a formação de gotículas de interação tão forte em sistemas Bose-Fermi era improvável.
As descobertas fornecem aos pesquisadores uma nova estrutura teórica para experimentos futuros e podem melhorar a compreensão dos cientistas sobre materiais quânticos relacionados a tecnologias emergentes, incluindo sensores ultraprecisos e computação quântica.
Uma gota quântica que se mantém unida
O autor principal e candidato ao PhD da Monash, Sam Foster, da Escola de Física e Astronomia, disse que os resultados criam oportunidades para investigar estados quânticos inteiramente novos.
“Os sistemas quânticos podem comportar-se de formas que parecem impossíveis no nosso mundo quotidiano. Mostrámos que estes dois tipos muito diferentes de partículas podem equilibrar-se perfeitamente entre si para formar uma gota estável que efetivamente se mantém unida.”
Essas gotículas quânticas são fundamentalmente diferentes das gotas comuns de líquido. Sua estabilidade vem de regras incomuns da mecânica quântica. Uma força atrativa que une as partículas é precisamente combatida pela pressão gerada pelos férmions, evitando o colapso da gota.
Foster disse que o novo trabalho também resolve um problema teórico com o qual os pesquisadores lutam há anos.
“As teorias anteriores só podiam descrever estes sistemas quando as partículas interagiam de forma relativamente fraca. A nossa nova abordagem permite-nos explorar o que acontece quando essas interações se tornam mais fortes, que é onde surge a física mais interessante.”
Gotículas quânticas podem ser testadas em laboratório
É importante ressaltar que os cálculos indicam que essas gotículas previstas podem ser produzidas usando experimentos com átomos ultrafrios já existentes. Isso significa que os pesquisadores podem ter um caminho realista para testar experimentalmente a previsão.
A equipe também encontrou sinais de comportamento quântico incomum adicional. Os seus resultados apontam para fenómenos como a transição entre líquido e gás, sugerindo que estes sistemas podem ter uma gama de fases quânticas muito mais ampla e complexa do que o anteriormente reconhecido.
Foster disse que as implicações poderiam, em última análise, ir além do campo da física nuclear.
“Compreender como a matéria se organiza sob condições quânticas extremas nos fornece novas ferramentas para projetar e controlar sistemas quânticos. Embora esta seja uma pesquisa fundamental, descobertas como esta muitas vezes se tornam a base das tecnologias quânticas de amanhã.”
O estudo foi conduzido por Sam Foster, Professor Associado Jasper Levinson e Professor Mira Parish da Escola Monash de Física e Astronomia, juntamente com colegas da Universidade de Heidelberg.
O artigo, ‘Quantum gotículas em uma mistura ressonante de Bose-Fermi’, é publicado em artigo de revisão física.
