Sólido, líquido e… chiral bose-líquido? Novo estado da matéria é descoberto por cientistas

Quando pensamos nos estados da matéria, normalmente surgem na cabeça aos sólidos, líquidos e gases que encontramos em nosso dia a dia. No entanto, cientistas dos Estados Unidos e da China recentemente fizeram uma descoberta que vai além dessas categorias convencionais.

Eles encontraram um novo estado exótico da matéria no reino quântico em escalas extremamente pequenas. Esse novo jogador em campo recebeu o nome de estado chiral bose-líquido.

Nova descoberta sobre o mundo quântico choca cientistas

Para compreender essa descoberta, é importante lembrar que os estados da matéria são caracterizados pela forma como as partículas interagem entre si, levando a diferentes comportamentos e estruturas.

Podemos imaginar uma festa animada em que os convidados, que representam nossas partículas, escolhem seu estilo de dança, desde movimentos estruturados dos sólidos até passos fluidos dos líquidos e gases, passando pela energia contagiante dos plasmas.

No entanto, na dança quântica, as coisas se tornam ainda mais estranhas. Podemos imaginar um jogo de cadeiras musicais quânticas com elétrons, facilitado por um sistema quântico frustrante.

Essa frustração surge de restrições incorporadas que inibem as interações usuais entre as partículas.

Imagem: Terra Rara/Reprodução

Descobrindo um novo estado da matéria

Assim como em uma festa, os elétrons nesse sistema estão constantemente buscando um lugar para se acomodar.

O físico teórico Tigran Sedrakyan, da Universidade de Massachusetts Amherst, compara esse processo a um jogo de cadeiras musicais projetado para frustrar os elétrons:

“Em vez de cada elétron ter uma cadeira específica para se sentar, agora eles têm várias possibilidades e se movimentam agitadamente em busca de um assento”, explica.

A configuração experimental consistiu em um dispositivo semicondutor com duas camadas: uma camada superior com elétrons em abundância e uma camada inferior com buracos que esperavam ser preenchidos pelos elétrons.

No entanto, havia uma pegadinha: não havia buracos suficientes para acomodar todos os elétrons.  Para observar essa dança frenética de elétrons, a equipe utilizou um campo magnético extremamente forte. Isso permitiu que eles testemunhassem o surgimento do novo estado da matéria, o estado chiral bose-líquido.

Lingjie Du, físico da Universidade de Nanjing, na China, explica que “na borda da bicamada semicondutora, elétrons e buracos se movem com as mesmas velocidades”, resultando em um transporte com um movimento semelhante ao de uma hélice.

Aplicações práticas

Esse novo estado da matéria possui propriedades intrigantes, como a capacidade dos elétrons de congelarem-se em um padrão previsível, com uma direção de rotação fixa, a uma temperatura extremamente baixa.

Podemos imaginar um dançarino mantendo sua posição, independentemente das mudanças na música. Essa característica pode ter implicações para sistemas de armazenamento de informações digitais em nível quântico.

Ainda mais fascinante é a perspectiva do emaranhamento quântico de longo alcance, no qual a influência externa sobre um elétron pode afetar todos os outros elétrons do sistema.

É como uma reação em cadeia na pista de dança, em que um movimento desencadeia uma resposta sincronizada. Essa característica pode ser explorada na tecnologia quântica.

Apesar da física complexa envolvida, cada descoberta de novos estados extraordinários que existem além do nosso entendimento convencional nos aproxima um passo de uma compreensão mais abrangente do nosso Universo.

Como destaca Sedrakyan, “encontramos estados quânticos de matéria nos limites, e eles são muito mais selvagens do que os três estados clássicos que encontramos em nosso cotidiano”.

Portanto, da próxima vez que você estiver em uma festa, considere a dança quântica das partículas. A descoberta do estado quiral bose-líquido nos lembra que o mundo quântico está festejando de forma extraordinária!