Matéria mais fria do universo é criada em laboratório

Cientistas de Kyoto criaram a matéria mais fria do universo ao reduzir o movimento de átomos de itérbio em níveis recorde. O resultado foi uma temperatura a um bilionésimo de grau do zero absoluto — 3 bilhões de vezes mais frio que o espaço cósmico longe das estrelas.

É possível criar átomos?

Se não podemos ver átomos, como sabemos que são feitos de partículas menores?

Para esse experimento, a equipe liderada por Yoshiro Takahashi usou lasers capazes de restringir o movimento dos férmions (blocos de construção da matéria) nos átomos de itérbio. Como o calor é produzido pelo movimento das partículas, a ausência do movimento produz o frio.

Mesmo o espaço interestelar, onde é muito frio, não compete com o novo recorde atingido no laboratório. O lugar mais frio do universo, a Nebulosa do Bumerangue, chega a temperatura negativa de -272 ºC, menos de 1 ºC acima do zero absoluto. Isso é bem frio, mas não tanto quanto as partículas do experimento.

Foram 300.000 átomos congelados próximo ao zero absoluto, dentro de uma rede óptica. Esse experimento é derivado de um modelo proposto em 1963 pelo físico teórico John Hubbard. A ideia é que os átomos apresentem propriedades quânticas incomuns.

Entre as propriedades estranhas, está um comportamento dos elétrons que torna a matéria supercondutora, ou seja, capaz de conduzir eletricidade sem perda de energia. “A recompensa de ficar tão frio é que a física realmente muda”, disse Kaden Hazzard, que participou do experimento.

As partículas fundamentais (como elétrons e fótons) seguem as leis da dinâmica quântica, mas os átomos não estão imunes a elas. Entretanto, o comportamento quântico dos átomos só ficam evidentes quando estão próximos ao zero absoluto.

Congelar átomos (ou restringir seus movimentos o máximo possível) é uma técnica importante para a computação quântica e computadores quânticos. Para Ibarra-García-Padilla, também parte da equipe, “poder projetar [o experimento] em um laboratório é extraordinário […] pode nos guiar a fazer materiais reais com propriedades novas e desejadas”.

Os cientistas continuarão tentando resfriar as partículas ainda mais, o que pode resultar em fases mais sutis e exóticas da matéria. Ainda não há ferramentas capazes de medir o comportamento desses estados exóticos, mas a equipe trabalha para criá-las.

O artigo foi publicado na revista Nature Physics.