Usando flutuação quântica, cientistas criam o líquido mais diluído do universo

Por , em 20.12.2017

Uma equipe de físicos do Instituto de Ciências Fotônicas (ICFO) em Barcelona, na Espanha, criou gotículas 100 milhões de vezes mais finas do que a água.

Esse líquido se mantém unido através de estranhas leis quânticas, em fenômeno inédito até agora.

Um artigo sobre a descoberta foi publicado na prestigiada revista Science.

Líquido menos denso do que o normal

Essas gotas esquisitas surgiram no microscópico mundo de uma rede de laser, uma estrutura ótica usada para manipular objetos quânticos, no laboratório espanhol.

Os pesquisadores concluíram que elas eram líquidos verdadeiros: substâncias que mantêm seu volume independentemente da temperatura externa e que formam gotas em pequenas quantidades. Isso está em oposição aos gases, que se espalham para encher seus recipientes.

No entanto, as gotículas eram muito menos densas que qualquer líquido existente em circunstâncias normais.

Isso porque elas mantinham seu estado líquido através de um processo conhecido como flutuação quântica.

Flutuação quântica

Os cientistas esfriaram átomos de potássio a menos 273,15 graus Celsius, perto do zero absoluto. A essa temperatura, os átomos formaram um condensado de Bose-Einstein.

Esse é um estado da matéria no qual átomos frios se acumulam e começam a se sobrepor fisicamente. Esses condensados são interessantes porque suas interações são dominadas por leis quânticas.

Quando os pesquisadores juntaram dois desses condensados, eles formaram gotículas, unindo-se para preencher um volume definido. Mas, ao contrário da maioria dos líquidos, que mantêm sua forma através das interações eletromagnéticas entre moléculas, essas gotículas mantiveram suas formas através de um processo conhecido como “flutuação quântica”.

A flutuação quântica surge do princípio de incerteza de Heisenberg, que afirma que as partículas são basicamente probabilísticas – elas não possuem um nível de energia ou espaço, mas sim podem estar em vários níveis de energia e locais possíveis. Essas partículas agem um pouco como se estivessem “pulando” por todos os seus possíveis locais e energias ao mesmo tempo, aplicando uma pressão sobre seus vizinhos.

O diferencial

Por conta de todas as pressões, essas partículas tendem a se atrair mais do que se repelir. Essa atração as liga em gotículas.

Essas novas gotículas são únicas porque a flutuação quântica é o efeito dominante que as mantém no estado líquido. Outros “fluidos quânticos”, como o hélio líquido, demonstram esse efeito, mas também envolvem forças muito mais poderosas que os atraem muito mais juntos.

As gotículas de condensado de potássio, no entanto, não são dominadas por essas forças e possuem partículas de interação fraca. Logo, espalham-se em espaços muito maiores, mesmo que mantenham suas formas de gotículas.

Em comparação com as gotículas de hélio similares, esse líquido é duas ordens de grandeza maior e oito ordens de magnitude mais diluído. Isso é bom para pesquisadores em geral, uma vez que as gotículas de potássio podem resultar em modelos de líquidos quânticos muito melhores para experimentos futuros.

As gotículas quânticas têm seus limites, contudo. Se tiverem poucos átomos envolvidos, elas desmoronam, evaporando no espaço circundante. [LiveScience]

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