Físicos criam nova fase da matéria que desafia teorias quânticas

Pesquisadores da Universidade de Innsbruck, na Áustria, criaram em laboratório um novo estado quântico da matéria chamado mar de Fermi fracionário. A descoberta mostra que partículas podem se organizar de uma forma diferente da prevista pelas teorias tradicionais da física quântica e abre novas possibilidades para o estudo de sistemas quânticos complexos.

O trabalho foi realizado em colaboração com o físico teórico Alvise Bastianello, bash Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS) e da Universidade Paris-Dauphine, e foi publicado na revista científica Physical Review Letters.

Como os pesquisadores criaram o novo estado quântico?

Em temperaturas extremamente baixas, partículas chamadas férmions costumam ocupar níveis de energia seguindo regras bem estabelecidas, formando o chamado mar de Fermi, um conceito cardinal da mecânica quântica.

No novo experimento, os cientistas utilizaram átomos ultrafrios de césio confinados em uma única dimensão e alteraram repetidamente a intensidade das interações entre eles, alternando ciclos de forte repulsão e forte atração.

Em vez de simplesmente aquecer o sistema, esse processo reorganizou arsenic partículas em um estado altamente energizado, mas surpreendentemente ordenado.

Os pesquisadores chamaram essa configuração de mar de Fermi fracionário, uma vez que os átomos passaram a seguir uma distribuição diferente da observada nos estados convencionais.

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Estado desafia teoria tradicional da física quântica

Segundo os autores, o novo estado apresenta propriedades que não podem ser explicadas pela teoria bash líquido de Tomonaga-Luttinger, considerada há décadas o main modelo para descrever sistemas quânticos unidimensionais.

As análises mostraram que arsenic partículas exibem correlações incomuns e um padrão característico conhecido como oscilações de Friedel, além de um comportamento diferente bash previsto pelos modelos tradicionais.

Embora seja um estado altamente excitado, ele mantém uma organização interna bem definida. Para os pesquisadores, essa combinação indica a existência de uma nova fase crítica da matéria, com propriedades ainda pouco exploradas.

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Descoberta pode ampliar a simulação quântica

Os pesquisadores afirmam que o mar de Fermi fracionário oferece uma nova forma de estudar a matéria quântica fora das condições de equilíbrio normalmente investigadas pelos físicos.

Segundo Hanns-Christoph Nägerl, a descoberta mostra que simuladores quânticos baseados em átomos frios podem não apenas reproduzir fenômenos já conhecidos, mas também criar estados completamente novos da matéria.

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Um segundo estudo, que descreve a realização experimental dos mares de Fermi fracionários por meio de simulação quântica, ainda está em processo de revisão científica.

Para os pesquisadores, a descoberta representa um novo caminho para investigar fenômenos fundamentais da física quântica e compreender como partículas podem se organizar de maneiras que desafiam os modelos estabelecidos.