Descoberta de fase 2D de matéria que desafia a mecânica estatística tradicional no Cavendish Laboratory

São PauloFísicos do Laboratório Cavendish em Cambridge alcançaram um avanço impressionante ao criar um vidro de Bose bidimensional, uma fase de matéria única que desafia as regras da mecânica estatística. Esta descoberta significativa, publicada na Nature, pode levar a avanços na computação quântica, pois as partículas nesse estado permanecem imóveis.

Principais Aspectos do Vidro de Bose:

O Vidro de Bose é um estado da matéria em sistemas desordenados onde as partículas não conseguem se mover livremente devido a potenciais aleatórios. Esse estado é alcançado em temperaturas muito baixas e resulta em um comportamento isolante em vez de condutor, diferentemente do que se espera normalmente de outras fases da matéria. Este comportamento é relevante em áreas como a física quântica e a ciência dos materiais, com possíveis aplicações em tecnologias avançadas.

• Possui propriedades semelhantes ao vidro, onde as partículas ficam localizadas.
• Criado utilizando feixes de laser sobrepostos para formar um padrão quasiperiódico.
• Utiliza átomos ultrafrios resfriados a temperaturas de nanokelvin.
• É não-ergódico, ou seja, mantém informações detalhadas sobre as condições iniciais.
• Tem potencial para aplicações em computação quântica devido à redução da decoerência.

Átomos ultrafrios, quase no zero absoluto, foram aprisionados em uma estrutura criada pela sobreposição de vários feixes de laser. Essa estrutura possuía um padrão único que não se repetia, mas apresentava uma ordem de longo alcance. O resultado foi um sistema no qual as partículas permaneciam em posições fixas.

O vidro de Bose não se comporta como sistemas normais na mecânica estatística, onde as condições iniciais geralmente são esquecidas com o tempo. Essa característica é importante para a computação quântica. Em sistemas localizados como o vidro de Bose, a informação quântica pode durar muito mais tempo, pois os estados quânticos permanecem isolados e não se misturam com o ambiente, reduzindo o risco de decoerência.

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O professor Ulrich Schneider, líder do estudo, destaca que a possibilidade de estudar esse sistema diretamente representa um grande avanço. Normalmente, é difícil modelar sistemas quânticos grandes devido à sua complexidade. Entretanto, o exemplo real do vidro de Bose em 2D permite que os cientistas observem seu comportamento e dinâmica diretamente.

O Bose glass sofre uma mudança evidente para um estado superfluido, o que é extremamente interessante. A superfluidez permite que as partículas se movam facilmente sem fricção. Essa transformação ressalta o complexo diagrama de fases que os pesquisadores podem explorar e utilizar no desenvolvimento de novos materiais e dispositivos quânticos.

A descoberta é empolgante, mas ainda há muito que não sabemos. A termodinâmica e o comportamento do vidro de Bose precisam de mais estudos. Os pesquisadores acreditam que esta nova fase tem potencial, mas muitas questões precisam ser respondidas antes que possa ser usada na prática.

Essa descoberta representa um avanço significativo na física da matéria condensada, abrindo novas oportunidades para o estudo de sistemas não-ergódicos e aprimorando a tecnologia quântica.