Condensado de Bose-Einstein: o que é o quinto estado da matéria?

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O modelo de computador de um condensado de Bose-Einstein mostra a estrutura ondulatória dos átomos perto do zero absoluto. (Créditos: NASA/NIST)

Publicado na ScienceAlert

Às vezes, referido como o ‘quinto estado da matéria’, um condensado de Bose-Einstein é um estado da matéria criado quando as partículas, chamadas de bósons, são resfriadas a quase zero absoluto (-273,15 graus Celsius).

Em temperaturas tão baixas, não há energia suficiente para que as partículas se movam para posições que possam fazer com que suas características quânticas distintas interfiram umas nas outras.

Sem diferenças de energia para separar as partículas, todo o grupo passa a compartilhar a mesma identidade quântica, tornando-se efetivamente uma única nuvem de ‘superpartícula’, operando sob suas próprias regras.

Como foi descoberto o condensado de Bose-Einstein?

Nos primórdios da física quântica, no início do século 20, o físico e matemático indiano Satyendra Nath Bose reinterpretou as estatísticas sobre a relação entre luz e temperatura aplicando avanços recentes na teoria quântica.

Ao verificar seu pensamento com Albert Einstein, a nova interpretação de Bose ficou conhecida como estatística de Bose-Einstein, um conceito que se tornou fundamental na matemática que nos permite distinguir certas partículas umas das outras quando estão nessa nuvem de superpartículas.

Bose também emprestaria seu nome a uma classe de partículas chamadas bósons, que inclui membros portadores de força do Modelo Padrão da física de partículas, como fótons e glúons.

Einstein estendeu a estatística de Bose para descrever não apenas ondas de luz, mas atômicas, levando a previsões de que grupos de bósons individuais poderiam compartilhar estados quânticos conforme a temperatura caísse.

Isso foi finalmente observado em 1995 quando um grupo de átomos de rubídio-87 – grandes partículas que se qualificam como bósons – foi resfriada com sucesso a 170 nanokelvin em um experimento. Os físicos Eric Cornell, Wolfgang Ketterle e Carl Wieman compartilharam o Prêmio Nobel de Física de 2001 por seu trabalho.