Evento previsto por Einstein e Bose se comporta como a luz

26th March 2018
Posted By : Enaie Azambuja
Evento previsto por Einstein e Bose se comporta como a luz

 

Certa vez, o físico Satyendra Nath Bose propôs que os fótons (“pacotes” de luz), apresentados pelo físico Albert Einstein, em 1905, se comportavam como partículas indistinguíveis e satisfaziam a uma distribuição estatística diferente do padrão estabelecido à época (estatística de Maxwell-Boltzmann).

Inspirado pelo trabalho de Bose, Einstein aplicou a nova estatística “boseana” a um gás e, em 1925, previu o fenômeno que hoje se conhece como condensado de Bose-Einstein: um estado de matéria em que o comportamento estatístico de átomos (bosônicos) se altera drasticamente quando são arrefecidos em temperaturas muito próximas do zero absoluto. No entanto, o primeiro condensado de Bose-Einstein foi produzido em laboratório apenas no ano de 1995.

Para Gustavo Telles, pesquisador do Grupo de Óptica do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP, a mera produção dos condensados deixou de ser o foco dos grupos de pesquisa há muito tempo.

Hoje, as questões que motivam novas pesquisas nessa área estão direcionadas às aplicações que podem surgir a partir desse estado de matéria, sobretudo porque, quando os átomos são resfriados, eles perdem energia, podendo ser observados e precisamente controlados.

Sabendo disso, em um estudo recentemente publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Telles e seus colaboradores descreveram a observação de uma similaridade “impressionante” entre a expansão em queda livre de um condensado de Bose-Einstein perturbado por um campo magnético e a propagação espacial de um feixe de laser com speckle (na comunidade científica, esse “feixe de laser com speckle” significa que o padrão de distribuição do laser passou por um processo de irregularidade, através de uma superfície rugosa) obtido a partir de uma simulação computacional.

Nesse estudo, os pesquisadores produziram um condensado com temperatura típica de aproximadamente 200/300 nanokelvins (nK) (cerca de -273ºC), provocaram uma excitação magnética na minúscula nuvem de matéria (um campo magnético a chacoalhou por alguns milissegundos), a libertaram do campo e, com o auxílio de um feixe de laser, fotografaram a expansão da nuvem de átomos.

Em seguida, obtiveram a simulação da propagação de um feixe de laser irregular e a compararam com o processo de expansão do condensado. De acordo com Telles, a perturbação e a irregularidade foram importantes para seu trabalho, porque já se estabeleceu a comparação direta entre condensado de bose-einstein e feixe de laser, sem a aplicação desses processos de alteração.

Em seu trabalho, Telles notou que o condensado perturbado e o feixe de laser com speckle se expandem de maneira similar (confira nas imagens abaixo). No entanto, segundo o pesquisador, a propagação espacial não é a única semelhança entre ambos, tendo em vista que eles são formados por partículas chamadas bósons e se propagam em forma de ondas.

Em razão dessas semelhanças e com base no conhecimento que o Grupo de Óptica tem acerca do uso de laser, Telles crê que novos estudos podem ser feitos, objetivando um entendimento mais completo do comportamento e da propagação do condensado de Bose-Einstein fora de equilíbrio.

Durante o estudo, os pesquisadores aplicaram conceitos matemáticos análogos para entender a expansão do condensado e do laser, tendo ajustado apenas alguns parâmetros para respeitar a realidade (como, por exemplo, o tamanho) de cada matéria, porque, de acordo com o especialista do IFSC, tanto o condensado quanto o laser são fenômenos que não surgem a partir de condições especiais (artificiais).

Nesse sentido, o objetivo principal de Telles e seus colaboradores é encontrar um modelo teórico (conjunto de equações) que permita explicar o fenômeno comportamental e de propagação de condensado perturbado e feixe de laser irregular.

tômicos podem ser mimetizados em laboratório, com o auxílio dos condensados e com a finalidade de analisar determinados comportamentos de materiais, com potencial para aplicações em áreas da medicina ou tecnologia, por exemplo. “A natureza sabe a solução correta dos sistemas. Nós é que precisamos de experimentos e teorias.”


Saiba mais.

Crédito da Imagem: USP.


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