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Cientistas
descobrem partículas sociáveis
Kenneth
Chang
The New York Times
Oito anos após os físicos induzirem átomos ultrafrios a
formar um novo tipo de matéria no qual milhares de átomos adquirem o
comportamento sincronizado perfeito de uma única superpartícula,
duas equipes de pesquisa repetiram o feito usando moléculas pequenas.
O feito fornecerá aos físicos um novo meio de explorar o
comportamento freqüentemente bizarro da matéria altamente esfriada,
como cabos que transmitem sem esforço a eletricidade e fluidos que
fluem sem fricção. Em particular, uma classe de materiais, os
supercondutores de altas temperaturas, continuam a desafiar explicação.
"Ninguém tem uma teoria para descrever estas coisas", disse
Rudolf Grimm, professor de física experimental da Universidade de
Innsbruck, na Áustria, que liderou um dos grupos de pesquisa.
"Esta é exatamente a situação que podemos apontar agora".
Eles exploraram um estado da matéria conhecido como condensado
Bose-Einstein, batizado em homenagem a Albert Einstein e o teórico
indiano Satyendra Nath Bose. Einstein e Bose previram em 1920 que
muitos bósons idênticos -uma das duas classes fundamentais de partículas-
poderiam adquirir um "estado quântico" e, quando
suficientemente esfriadas, se fundiriam no condensado, que age como
uma única partícula coerente.
Em 1995, cientistas da Universidade do Colorado e do Instituto
Nacional de Padrões e Tecnologia, em Boulder, produziram o primeiro
de tais condensados resfriando átomos de rubídio a menos de um
milionésimo de grau acima do zero absoluto (-459,67 graus
Fahrenheit), a temperatura na qual os átomos se aproximam de uma
parada quase completa.
O progresso nesse campo tem acelerado em um ritmo vertiginoso, à
medida que os físicos aprenderam a transformar a outra classe de partículas
do Universo, os férmions, também em condensados. Apesar dos bósons
se fundirem uns aos outros sem queixas, os férmions, que incluem elétrons
e prótons, são quanticamente anti-sociais. Os férmions não
conseguem compartilhar o mesmo estado quântico e não podem formar
diretamente um condensado Bose-Einstein.
Mas como duas pessoas não amistosas que se tornam um casal capaz de
conviver junto, dois férmions podem se juntar em uma molécula que
age como um bóson, e um gás de tais moléculas pode se fundir em um
condensado. O grupo de Grimm realizou tal feito com átomos de lítio,
e uma equipe concorrente do laboratório do Colorado, liderada por
Deborah S. Jin, fez o mesmo com potássio. "As pessoas estão
interessadas em moléculas", disse Jin. "As moléculas podem
fazer coisas novas e interessantes que os átomos não podem".
Cada grupo realizou suas experiências nos últimos meses, e em 3 de
novembro ambas apresentaram relatórios com os resultados. Os
resultados foram publicados nas revistas "Science" e "Nature"
nas edições de 13 e 26 de novembro, respectivamente.
"Os dois trabalhos representam um grande avanço esperado pelas
pessoas há muito tempo", disse Eric A. Cornell, do Instituto
Nacional de Padrões e Tecnologia, que dividiu o Prêmio Nobel de Física
de 2001 pela experiência original Bose-Einstein. Transformar férmions
em um estado bosônico, ele acrescentou, é uma "união adorável
de duas coisas que no mundo da física nós costumávamos pensar ser tão
diferentes quanto homens e mulheres".
"A importância deste trabalho está no que está por vir",
disse Randall G. Hulet, professor de física da Universidade Rice, em
Houston. "Isto abrirá novas direções nas quais explorar fenômenos
como a supercondutividade, mas em sistemas muito mais simples, mais fáceis
de compreender."
Com uma forte força atrativa, os átomos se unem em moléculas que se
aglutinam em um condensado Bose-Einstein. Quando a atração é muito
mais fraca, os átomos ainda se unem. O parceiro não é o vizinho
mais próximo, mas um mais distante. O fenômeno, conhecido como par
de Cooper, sustenta o comportamento dos supercondutores, que conduzem
eletricidade virtualmente sem nenhuma resistência elétrica, e dos
superfluidos, que fluem sem fricção.
As atuais teorias fazem um bom trabalho em explicar os condensados
Bose-Einstein e os pares de Cooper, mas não o intervalo entre eles.
Variando o campo magnético aplicado a um gás, os físicos agora
poderão ser capazes de mudá-lo de pares de Cooper para um condensado
Bose-Einstein e reverter novamente, estudando sistematicamente o
processo ao mesmo tempo.
"As pessoas realmente não sabem o que acontece quando você
passa por tal transição", disse Hulet. Isto, por sua vez, poderá
fornecer pistas importantes de supercondutores de altas temperaturas.
Tais materiais, descobertos em 1986, estão começando a encontrar
amplo uso comercial, apesar dos cientistas ainda não entenderem como
funcionam e por que funcionam em temperaturas consideravelmente mais
quentes que outros supercondutores.
Nos supercondutores, os elétrons formam pares de Cooper que carregam
corrente elétrica sem esforço. Alguns téoricos dizem que uma atração
mais forte entre os elétrons nos supercondutores de altas
temperaturas, semelhante à atração entre os átomos no condensado
Bose-Einstein, gera as propriedades singulares.
Como o condensado Bose-Einstein molecular consiste de um único
elemento, ele deve ser mais fácil de estudar do que os
supercondutores de altas temperaturas, com misturas complexas. Por
exemplo, a condutividadade nos supercondutores de altas temperaturas
parece ser um processo em duas etapas. Em uma temperatura, os elétrons
se combinam em pares de Cooper, mas não geram supercondutividade até
que a temperatura é reduzida ainda mais.
Alguns especialistas teorizam que o processo em duas etapas é central
para a supercondutividade em alta temperatura. Outros dizem que é uma
característica periférica, não relacionada, dos materiais.
"A parte da mecânica quântica já é difícil o
suficiente", disse Hulet. "Ele está abrindo uma nova porta
para podermos explorar a supercondutividade com maior sensibilidade,
com maior pureza", disse ele sobre os condensados Bose-Einstein.
"Nós podemos testar os modelos que foram propostos".
Tradução: George El
Khouri Andolfato
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