Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT) alcançaram um avanço importante ao produzir um supersólido, uma forma rara de matéria que reúne simultaneamente propriedades típicas de sólidos e líquidos. A descoberta contribui para ampliar o entendimento sobre os estados quânticos da matéria, demonstrando que características aparentemente incompatíveis podem coexistir quando os átomos são manipulados em condições extremamente controladas.
O estudo, publicado na revista Nature, descreve um experimento no qual cientistas utilizaram gases ultrafrios combinados com lasers de alta precisão para organizar os átomos em uma configuração incomum. Nesse arranjo, o material mantém uma estrutura cristalina rígida, semelhante à de um sólido tradicional. No entanto, ao mesmo tempo, suas partículas conseguem se mover internamente sem resistência, comportamento típico de superfluidos.
Esse resultado revela uma fase da matéria que desafia a compreensão clássica sobre a diferença entre sólidos e líquidos. Em vez de permanecerem completamente fixos, os átomos formam uma rede organizada enquanto ainda conseguem se deslocar dentro da própria estrutura, criando uma combinação inesperada entre rigidez e fluidez. De forma simplificada, o experimento envolveu três etapas principais:
- Resfriamento extremo: os átomos foram levados a temperaturas próximas do zero absoluto;
- Organização por lasers: feixes de luz posicionaram as partículas em uma rede cristalina ordenada;
- Formação do supersólido: os átomos permaneceram organizados, mas passaram a se mover sem atrito;
- Comportamento híbrido: o material passou a exibir simultaneamente rigidez estrutural e fluidez quântica.
Quando a matéria entra no território quântico
Para alcançar esse estado incomum, os cientistas primeiro produziram um Condensado de Bose-Einstein, uma fase da matéria em que partículas extremamente frias passam a agir coletivamente, como se fossem um único sistema quântico.
Nesse regime, os átomos deixam de ter posições bem definidas e passam a ser descritos por distribuições de probabilidade, características da mecânica quântica. Em vez de ocuparem um ponto específico, eles podem se espalhar por todo o material. Esse comportamento permite que o supersólido apresente duas propriedades aparentemente incompatíveis:
- Estrutura cristalina estável, típica de sólidos;
- Superfluidez, que permite movimento interno sem viscosidade ou perda de energia.
Assim, os átomos continuam organizados em uma rede rígida, mas ainda conseguem se mover através dessa estrutura sem resistência.
Supersólidos podem ajudar a explicar fenômenos extremos do universo
Embora esse tipo de experimento seja realizado em ambiente de laboratório, suas implicações vão muito além da física experimental. A compreensão dos estados supersólidos da matéria pode ajudar os cientistas a interpretar fenômenos que ocorrem em ambientes cósmicos extremos, como a matéria ultradensa existente no interior de estrelas de nêutrons.
Além disso, esse avanço científico pode impulsionar o desenvolvimento de sensores quânticos extremamente precisos, contribuir para novos progressos na computação quântica e abrir caminho para a criação de materiais com propriedades físicas inéditas. No conjunto, esses resultados indicam que os pesquisadores estão cada vez mais próximos de controlar e manipular estados exóticos da matéria em escala atômica.
Manipulação precisa de átomos abre novas possibilidades
Produzir um supersólido não é uma tarefa simples. O experimento exige controle rigoroso de temperatura, campos magnéticos e lasers, pois pequenas perturbações podem destruir rapidamente o delicado estado quântico criado.
Mesmo com essas dificuldades, os avanços recentes demonstram que a ciência está evoluindo rapidamente na capacidade de manipular átomos individualmente. À medida que as técnicas experimentais continuam a se aperfeiçoar, as fronteiras entre sólidos, líquidos e outros estados da matéria podem se tornar cada vez menos definidas. Isso revela que o comportamento da matéria no nível quântico é muito mais complexo, e fascinante, do que se imaginava.
Escrito por Leandro C. Sinis, Biólogo (UFRJ) para o Fala Ciência.
