Por mais energia que receba, este gás se recusa a esquentar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/08/2025

Apesar de serem continuamente impulsionados e interagirem fortemente, os átomos não absorvem mais energia. O sistema se localiza no espaço de momento, e a distribuição de momento literalmente congela.
[Imagem: Universität Innsbruck]

Ganho de energia sem aquecimento

Realizar trabalho sobre um sistema tipicamente aquece esse sistema. Pense, por exemplo, em esfregar as mãos ou em bater o martelo na cabeça de prego - tanto as mãos quanto o prego vão esquentar.

Mas, conforme levamos a termodinâmica aos limites dos sistemas que operam seguindo as leis da mecânica quântica, as coisas não são assim tão intuitivas.

Quando começaram a mexer com sistemas microscópicos, conforme os cientistas forneciam energia continuamente para um sistema de muitas partículas, especialmente um sistema com fortes interações partícula-partícula, a expectativa era que o sistema absorvesse a energia e se aquecesse.

Mas Yanliang Guo e colegas da Universidade de Innsbruck, na Áustria, acabam de demonstrar que isso não irá acontecer - ou, pelo menos, não irá acontecer em todos os casos.

Ao usar um laser para fornecer energia para os átomos de um fluido reduzido até a escala unidimensional - um fluido quântico - e resfriado até muito próximo do zero absoluto, o que os pesquisadores viram é que, após um breve período apresentando a evolução esperada, de aquecimento, a distribuição de momento dos átomos parou de se espalhar e a energia cinética do sistema atingiu um platô.

"Inicialmente, esperávamos que os átomos começassem a voar por todos os lados. Em vez disso, eles se comportaram de uma maneira surpreendentemente ordenada," disse Guo.

A descoberta tem implicações práticas diretas para a computação quântica.
[Imagem: Yanliang Guo et al. - 10.1126/science.adn8625]

Controle da matéria quântica

Apesar de ser continuamente energizado e interagir fortemente, o sistema não absorveu mais energia: Ele se localizou no espaço de momento, um fenômeno intrigante denominado "localização dinâmica de muitos corpos". Diferente do espaço real, ou "espaço de posição", o espaço de momento é uma forma de descrever um sistema não pela posição de seus elementos, mas pelo seu momento linear. Pense em pessoas em uma sala, cujas posições podem ser mapeadas usando coordenadas: O espaço de momento do sistema consiste em mapear quantas pessoas estão paradas ou se movendo em determinadas faixas de velocidade.

Voltando ao seu sistema de fluido quântico, o professor Hanns-Christoph Nagerl. explica: "Nesse estado, a coerência quântica e o entrelaçamento de muitos corpos impedem que o sistema se termalize e apresente comportamento difusivo, mesmo sob acionamento externo sustentado. A distribuição de momento essencialmente congela e retém qualquer estrutura que tenha."

Para testar a robustez do fenômeno, os pesquisadores introduziram aleatoriedade na sequência de disparos do laser. De fato, uma pequena quantidade de desordem já foi suficiente para destruir o efeito de localização e restaurar a difusão: A distribuição de momento tornou-se dispersiva, a energia cinética aumentou acentuadamente e o sistema absorveu energia continuamente. "Este teste destacou que a coerência quântica é crucial para prevenir a termalização em tais sistemas de muitos corpos controlados", disse Nagerl.

Esta descoberta vai além do interesse fundamental na compreensão da matéria em nível quântico. Compreender como esses sistemas escapam à termalização é um passo fundamental para a construção de dispositivos quânticos melhores, incluindo simuladores e computadores quânticos, nos quais o aquecimento e a decoerência são grandes problemas porque introduzem erros e fazem os qubits perderem seus dados.

"Este experimento fornece uma maneira precisa e altamente ajustável de explorar como os sistemas quânticos podem resistir à atração do caos," diz Guo, acrescentando que os resultados abrem uma nova janela para o controle da matéria em nível quântico, algo que a maioria da comunidade científica julgava impossível.

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