- Cientistas transformaram com sucesso a luz em um “supersólido”, um estado quântico da matéria que exibe estrutura cristalina sólida e fluxo líquido sem atrito simultaneamente. Isso marca a primeira vez que tal estado foi criado a partir da luz, um marco significativo na física quântica.
- Supersólidos são um fenômeno quântico onde partículas formam uma estrutura rígida e ordenada enquanto fluem sem viscosidade. Essa dualidade surge de partículas ocupando o estado de energia mais baixo, permitindo movimento sem atrito.
- Pesquisadores usaram um laser para criar fótons, que interagiram com um semicondutor de arsenieto de gálio para formar “polaritons” (quasipartículas combinando luz e matéria). Esses polaritons foram manipulados em um estado supersólido usando um estado quântico específico chamado “estado ligado no continuum” (BiC).
- Os supersólidos fornecem uma plataforma única para estudar interações quânticas sem ruído térmico, oferecendo insights sobre forças fundamentais. Eles também têm potencial para aplicações em computação quântica, supercondutores, lubrificantes sem atrito e dispositivos avançados de emissão de luz.
- Esta descoberta une ciência fundamental e aplicações práticas, validando décadas de trabalho teórico e abrindo novos caminhos para explorar fenômenos quânticos. Ela representa um passo transformador na compreensão da matéria e energia, com potencial para tecnologias futuras inovadoras.
Pela primeira vez na história, cientistas transformaram a luz em um “supersólido”, um estado bizarro da matéria que desafia a física clássica ao se comportar como sólido e líquido simultaneamente. Essa conquista inovadora, detalhada em um estudo publicado na Nature , marca um marco significativo na física quântica e abre novos caminhos para a compreensão da natureza fundamental da matéria e da energia.
O que é um supersólido?
Supersólidos são um fenômeno mecânico quântico onde partículas se organizam em uma estrutura rígida e cristalina enquanto fluem simultaneamente como um líquido sem atrito. Essa dualidade é possível porque as partículas ocupam o menor estado de energia possível, permitindo que elas se movam livremente sem viscosidade — uma propriedade que governa a facilidade com que um fluido flui.
Historicamente, os supersólidos foram teorizados pela primeira vez há mais de 50 anos, mas as evidências experimentais permaneceram elusivas até o advento dos condensados atômicos de Bose-Einstein (BECs) ultrafrios no início dos anos 2000. Esses BECs, resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto, forneceram os primeiros vislumbres do comportamento dos supersólidos. No entanto, criar supersólidos a partir da luz — uma forma de energia em vez de matéria — era considerado impossível até agora.
Como a luz se tornou sólida
A chave para essa descoberta está na criação de “polaritons”, quasipartículas formadas pelo acoplamento de fótons (partículas de luz) com excitons (pares elétron-buraco em um semicondutor). Nesse experimento, pesquisadores do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália (CNR) e da Universidade de Pavia usaram um laser para gerar fótons, que foram então direcionados para um semicondutor de arsenieto de gálio. A interação entre os fótons e as excitações do semicondutor produziram polaritons, que foram manipulados para um estado supersólido.
“Este trabalho não apenas demonstra a observação de uma fase supersólida em uma plataforma fotônica, mas também abre caminho para a exploração de fases quânticas da matéria em sistemas fora do equilíbrio”, diz o físico Daniele Sanvitto, do Instituto de Nanotecnologia do CNR.
A equipe conseguiu isso estruturando o semicondutor para guiar os polaritons em um estado quântico específico conhecido como “estado ligado no continuum” (BiC). Esse estado permitiu que os polaritons se condensassem em uma estrutura cristalina, mantendo suas propriedades semelhantes a fluidos.
Por que isso é importante
Supersólidos são mais do que apenas uma curiosidade científica — eles oferecem uma janela única para o mundo quântico. Ao estudar esses estados exóticos, os pesquisadores podem observar interações quânticas sem a interferência do ruído térmico, fornecendo insights sobre as forças fundamentais que governam a matéria.
Além disso, essa descoberta tem implicações práticas. Supersólidos podem revolucionar campos como a computação quântica, onde o fluxo sem atrito e estados quânticos coerentes são altamente desejáveis. Eles também podem levar a avanços em supercondutores, lubrificantes sem atrito e até mesmo novos dispositivos emissores de luz.
“Perceber esse estado exótico de matéria condensada em um fluido de luz fluindo em uma nanoestrutura semicondutora nos permitirá investigar suas propriedades físicas de uma maneira nova e controlada”, diz o físico de matéria condensada Dario Gerace, da Universidade de Pavia.
Uma nova fronteira na física
A criação de um supersólido baseado em luz representa uma mudança de paradigma em como as pessoas pensam sobre matéria e energia. Ele preenche a lacuna entre ciência fundamental e aplicações práticas, oferecendo uma nova plataforma para explorar fenômenos quânticos.
Como explica o físico Iacopo Carusotto da Universidade de Trento, “Podemos imaginar o supersólido como um fluido composto de gotículas quânticas coerentes periodicamente dispostas no espaço. Essas gotículas são capazes de fluir através de um obstáculo sem sofrer perturbações, mantendo seu arranjo espacial e distância mútua inalterados, como acontece em um sólido cristalino.”
Essa conquista não só valida décadas de trabalho teórico, mas também abre caminho para descobertas futuras. Ao aproveitar as propriedades únicas dos supersólidos, os cientistas podem desbloquear tecnologias que antes eram matéria de ficção científica.
O estudo, publicado na Nature, é um testamento do poder da colaboração interdisciplinar e da busca incansável pelo conhecimento. À medida que os humanos continuam a empurrar os limites da física, o estado supersólido da luz se destaca como um exemplo brilhante do que a humanidade pode alcançar quando ousa explorar o desconhecido.
Fonte: https://www.newstarget.com/2025-03-17-light-transformed-into-supersolid-quantum-leap-in-physics.html