Apesar de serem continuamente agitados e interagirem intensamente, os átomos param de absorver energia.
O sistema se localiza no espaço de momento, e a distribuição de momento congela, fenômeno impressionante denominado localização dinâmica de muitos corpos (MBDL). Crédito: Universidade de Innsbruck.
Uma Regra do Cotidiano que Ocorre Diferente em Escalas Quânticas
Na experiência cotidiana, aplicar força repetida quase sempre gera aquecimento. Esfregar as mãos aquece a pele; bater em um metal com um martelo o torna quente ao toque. Mesmo sem conhecimento formal em física, aprendemos rapidamente que, ao continuar estimulando um sistema, sua temperatura tende a aumentar.
Físicos esperam o mesmo comportamento em escalas muito menores. Em sistemas quânticos compostos por muitas partículas interagindo, a excitação contínua normalmente implica absorção constante de energia. À medida que a energia se acumula, o sistema deve aquecer. No entanto, um experimento recente mostra que essa intuição nem sempre se aplica na escala quântica.
Gás Quântico que Parou de Absorver Energia
Pesquisadores do grupo de Hanns Christoph Nägerl, do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, testaram se um sistema quântico fortemente excitado necessariamente aquece. A resposta foi surpreendente.
O time criou um fluido quântico unidimensional formado por átomos fortemente interagentes resfriados a poucos nanokelvin acima do zero absoluto. Usando luz laser, os átomos foram submetidos a um potencial de rede que ligava e desligava rapidamente e repetidas vezes, criando um ambiente pulsado que “chutava” os átomos continuamente.
Nessas condições, os átomos deveriam ter absorvido energia incessantemente, assim como a energia do movimento em um trampolim cresce quando alguém salta repetidamente. Contudo, os pesquisadores observaram uma mudança inesperada: após um curto período inicial, a dispersão do momento dos átomos cessou. A energia cinética estabilizou-se e parou de aumentar.
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Mesmo sendo continuamente estimulados e interagindo fortemente, os átomos não absorveram mais energia. O sistema entrou em um estado chamado localização dinâmica de muitos corpos (MBDL), onde o movimento fica preso no espaço de momento em vez de se espalhar livremente.
“Nesse estado, a coerência quântica e o emaranhamento de muitos corpos impedem que o sistema se thermalize e exiba comportamento difusivo, mesmo sob excitação contínua”, explica Hanns Christoph Nägerl. “A distribuição de momento praticamente congela, mantendo sua estrutura.”
Um Resultado Surpreendente e Ordenado
O resultado surpreendeu até os próprios cientistas. O autor principal Yanliang Guo admitiu que o comportamento contrariava suas expectativas: “Esperávamos que os átomos começassem a se espalhar desordenadamente. Em vez disso, eles se comportaram de forma incrivelmente ordenada.”
Lei Ying, colaborador teórico da Universidade de Zhejing, na China, compartilhou essa surpresa. “Isso não corresponde à nossa expectativa inicial. O que chama atenção é que, em um sistema fortemente excitado e interagente, a coerência de muitos corpos pode interromper a absorção de energia. Isso desafia nossa intuição clássica e revela uma estabilidade notável, baseada na mecânica quântica.”
Ying também destacou o desafio de reproduzir esse comportamento em simulações computacionais clássicas. “Por isso são essenciais os experimentos, que complementam nossas simulações teóricas.”
A Importância da Coerência Quântica
Para avaliar a robustez desse estado incomum, os pesquisadores alteraram o experimento adicionando aleatoriedade na sequência de excitação. O efeito foi imediato: mesmo uma pequena quantidade de desordem destruiu a localização.
Ao romper a coerência, os átomos voltaram a se comportar de forma convencional, com sua distribuição de momento se espalhando novamente, a energia cinética aumentando rapidamente e o sistema retomando a absorção ilimitada de energia. “Esse teste evidenciou que a coerência é fundamental para manter esse estado quântico estável.”
Matéria original: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/01/260107225539.htm