Criado primeiro condensado de Bose-Einstein de quasipartculas

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 27/10/2022

Quase-CBE

Fsicos criaram o primeiro condensado de Bose-Einstein feito de quasipartculas, entidades que no contam como partculas elementares, mas que ainda podem ter propriedades de partculas elementares, como carga e spin.

Os condensados de Bose-Einstein, ou CBEs, so conhecidos como o quinto estado da matria, ao lado de slidos, lquidos, gases e plasmas. De fato, so talvez o estado mais estranho da matria, com muito sobre eles permanecendo desconhecido pela cincia.

Previstos teoricamente no incio do sculo 20 por Albert Einstein e Satyendra Bose, os condensados s foram criados em laboratrio em 1995. Eles se formam quando um grupo de tomos, tipicamente de rubdio, resfriado a apenas milionsimos de graus acima do zero absoluto. Nessa temperatura, todos os tomos passam a se comportar como um s, compartilhando o mesmo estado quntico, quase como os ftons em um laser – por isso o condensado de Bose-Einstein tambm conhecido como “tomo artificial” ou “supertomo”.

H dcadas os fsicos discutem se seria possvel forar quasipartculas a passar pelo processo de condensao de Bose-Einstein, e Yusuke Morita e colegas da Universidade de Tquio acabam de demonstrar que sim, possvel.

Quasipartculas

A maioria dos CBEs produzida a partir de gases diludos de tomos comuns, de modo que havia um grande esforo para criar um CBE feito de tomos exticos.

tomos exticos so tomos nos quais uma partcula subatmica, como um eltron ou um prton, substituda por outra partcula subatmica com a mesma carga. O positrnio, por exemplo, um tomo extico feito de um eltron e sua antipartcula carregada positivamente, um psitron.

Outro exemplo o exciton: Quando a luz atinge um semicondutor, a energia suficiente para “excitar” os eltrons a saltar do nvel de valncia de um tomo para o nvel de conduo. Esses eltrons excitados ento fluem livremente em uma corrente eltrica – essencialmente transformando a energia da luz em energia eltrica.

Quando o eltron, carregado negativamente, realiza esse salto, o espao deixado para trs, ou lacuna, pode ser tratado como se fosse uma partcula carregada positivamente. O eltron negativo e a lacuna positiva so atrados e ficam ligados, sem se aniquilarem imediatamente.

este par eltron-lacuna que constitui uma quasipartcula, eletricamente neutra, chamada exciton. E os excitons vm em dois sabores: ortoexcitons, nos quais o spin do eltron paralelo ao spin de sua lacuna, e paraexcitons, nos quais o spin do eltron antiparalelo (paralelo, mas na direo oposta) ao de sua lacuna.

Foi este ltimo tipo, o paraexciton, que a equipe usou para formar o primeiro condensado de Bose-Einstein de quasipartculas porque ele tem um tempo de vida longo o suficiente para poder ser resfriado at prximo do zero absoluto.

CBE de quasipartculas

A equipe criou os paraexcitons em um filme de xido cuproso (Cu₂O), um composto de cobre e oxignio de grande interesse tecnolgico, da fotossntese artificial aos computadores qunticos de luz.

Gerados no Cu₂O, os paraexcitons chegaram a 64 milikelvins dentro de um refrigerador de diluio, do mesmo tipo usado para manter os processadores qunticos. A equipe conseguiu fazer medies de preciso, incluindo a densidade e a temperatura dos excitons, o que permitiu traar as diferenas e semelhanas entre o CBE de quasipartculas e o CBE atmico regular.

Atualmente, os CBEs continuam sendo objeto de pesquisas bsicas e para simular sistemas de matria condensada, mas, em princpio, eles tm aplicaes no processamento de informaes qunticas. A computao quntica, ainda nos estgios iniciais de desenvolvimento, faz uso de vrios sistemas diferentes, todos dependendo de qubits, que esto no mesmo estado quntico, e os CBEs cumprem esse requisito.

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