No início do século 20, dois dos maiores nomes da física imaginaram algo que parecia quase impossível. Satyendra Nath Bose e Albert Einstein propuseram que, se certas partículas fossem resfriadas a temperaturas absurdamente baixas — próximas do zero absoluto, a −273,15 °C —, elas deixariam de se comportar como indivíduos e passariam a agir como uma única entidade quântica. Nascia ali a ideia do condensado de Bose-Einstein (BEC), hoje conhecido como o quinto estado da matéria.
Décadas depois, essa previsão teórica se tornaria realidade. Em 1995, pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder conseguiram produzir o primeiro BEC em laboratório, confirmando a intuição de Bose e Einstein e abrindo uma nova fronteira para a física experimental. Desde então, esses condensados ultrafrios se transformaram em ferramentas essenciais para investigar o comportamento quântico da matéria — e continuam revelando surpresas.
O BEC dipolar mais frio já criado
Agora, um novo capítulo acaba de ser escrito. Físicos da Universidade Columbia, em colaboração com a Radboud University, na Holanda, conseguiram criar um condensado de Bose-Einstein de moléculas de sódio e césio a apenas cinco nanoKelvin acima do zero absoluto. Para se ter uma ideia da escala, um nanoKelvin corresponde a um bilionésimo de grau acima do zero absoluto.
Mas a temperatura extrema não é o único destaque. O condensado produzido é dipolar, o que significa que suas moléculas possuem polos positivos e negativos bem definidos. Essa característica altera profundamente a forma como as partículas interagem entre si, tornando o sistema muito mais rico e complexo do que os BECs convencionais.
Os resultados foram publicados na revista Nature e representam um dos avanços mais significativos na pesquisa com matéria ultrafria dos últimos anos.
Micro-ondas que esfriam, em vez de aquecer
Para alcançar esse feito, os pesquisadores recorreram a uma técnica pouco intuitiva: o uso de micro-ondas. Normalmente associadas ao aquecimento, elas desempenharam aqui um papel oposto. Segundo o estudo, campos de micro-ondas funcionam como uma espécie de “escudo”, protegendo as moléculas de colisões destrutivas enquanto as partículas mais energéticas são removidas do sistema. O efeito líquido é um resfriamento ainda mais profundo.
A equipe já havia testado essa abordagem em 2023, mas o novo experimento introduziu um segundo campo de micro-ondas, tornando o processo muito mais eficiente para cruzar o chamado “limiar do BEC”.
“Controlando essas interações dipolares, esperamos criar novos estados quânticos e novas fases da matéria”, explicou Ian Stevenson, pesquisador de pós-doutorado da Universidade Columbia e coautor do estudo.
Um sistema quântico sob controle sem precedentes
Além de atingir temperaturas extremas, o experimento se destaca pelo nível de controle sobre as interações quânticas. Segundo Tijs Karman, da Radboud University, os pesquisadores não apenas compreenderam teoricamente como essas interações funcionam, mas conseguiram implementá-las com precisão no laboratório.
Esse domínio é crucial para os próximos passos, que envolvem o estudo da chamada física dipolar de muitos corpos — um regime onde surgem comportamentos coletivos ainda pouco compreendidos.
“Foi incrível ver essas ideias de ‘escudo’ com micro-ondas se tornarem realidade experimental”, afirmou Karman. “Agora temos um sistema onde podemos ajustar as interações com uma precisão raramente alcançada.”
Portas abertas para matéria exótica
As implicações vão muito além de um recorde de temperatura. Um BEC dipolar como esse permite explorar uma série de estados exóticos da matéria. Entre eles estão gotas dipolares estáveis, fases cristalinas auto-organizadas e líquidos de spin dipolar formados em redes ópticas — estruturas artificiais criadas com lasers.
Esses estados não existem naturalmente no cotidiano e só podem surgir em condições extremas, mas ajudam a testar teorias fundamentais sobre como a matéria se organiza no nível quântico.
Para Jun Ye, especialista em física de átomos ultrafrios da Universidade do Colorado em Boulder, o impacto pode se estender também à química quântica. A possibilidade de controlar interações moleculares com tamanha precisão abre caminhos para simular reações químicas complexas de forma inédita.
Um século depois, o quinto estado ainda surpreende
Mais de 100 anos após sua concepção teórica, o condensado de Bose-Einstein continua revelando novas camadas de complexidade. O avanço obtido por esse experimento não apenas confirma a riqueza do quinto estado da matéria, como sugere que ainda estamos longe de explorar todo o seu potencial.
Ao empurrar os limites do frio, do controle e da interação quântica, os cientistas estão criando um laboratório onde novas formas de matéria podem emergir — algumas talvez tão estranhas quanto aquelas que Bose e Einstein imaginaram pela primeira vez, lá nos anos 1920.
[ Fonte: Men´s Health ]
