Imported Article – 2026-01-17 16:39:30
Na experiência cotidiana, aplicar força repetidamente quase sempre leva ao aquecimento. Esfregar as mãos juntas aquece a pele. Bater metal com um martelo o torna quente ao toque. Mesmo sem treinamento formal em física, as pessoas rapidamente aprendem uma regra básica: quando você continua impulsionando um sistema ao agitá-lo, pressioná-lo ou golpeá-lo, sua temperatura aumenta….
Na experiência cotidiana, aplicar força repetidamente quase sempre leva ao aquecimento. Esfregar as mãos juntas aquece a pele. Bater metal com um martelo o torna quente ao toque. Mesmo sem treinamento formal em física, as pessoas rapidamente aprendem uma regra básica: quando você continua impulsionando um sistema ao agitá-lo, pressioná-lo ou golpeá-lo, sua temperatura aumenta.
Os Físicos Esperam Comportamento Similar em Escalas Menores
Os físicos esperam o mesmo comportamento em escalas muito menores. Em sistemas quânticos compostos de muitas partículas interagentes, a excitação contínua normalmente é considerada como causa da absorção constante de energia. À medida que a energia se acumula, o sistema deve aquecer. No entanto, um experimento recente sugere que essa intuição nem sempre se aplica no nível quântico.
Os pesquisadores do grupo de Hanns Christoph Nägerl, do Departamento de Física Experimental da Universidade de Innsbruck, se propuseram a testar se um sistema quântico fortemente impulsionado deve inevitavelmente aquecer. A resposta deles foi inesperada.
Um Gás Quântico que Para de Absorver Energia
A equipe criou um fluido quântico unidimensional feito de átomos fortemente interativos resfriados a apenas alguns nanokelvins acima do zero absoluto. Usando luz de laser, submeteram os átomos a um potencial de rede que ligava e desligava rapidamente e repetidamente. Essa configuração criou um ambiente pulsante regularmente que efetivamente impulsionava os átomos repetidamente.
Em tais condições, os átomos deveriam ter absorvido energia continuamente, similar a como o movimento se acumula em um trampolim quando alguém continua pulando. Em vez disso, os pesquisadores observaram uma mudança surpreendente. Após um curto período inicial, a dispersão do momento dos átomos parou. A energia cinética do sistema deixou de aumentar e estabilizou-se.
Embora os átomos ainda estivessem sendo impulsionados e continuassem a interagir fortemente entre si, eles não absorveram mais energia. O sistema entrou em um estado conhecido como localização dinâmica de muitos corpos (MBDL). Nesse estado, o movimento se bloqueia no espaço do momento, em vez de se espalhar livremente.
“Nesse estado, a coerência quântica e o entrelaçamento de muitos corpos impedem que o sistema se torne térmico e mostre comportamento difusivo, mesmo sob um impulso externo sustentado,” explica Hanns Christoph Nägerl. “A distribuição de momento basicamente congela e retém a estrutura que possui.”
Um Resultado Ordenado que Desafiou Expectativas
O resultado surpreendeu até mesmo os cientistas envolvidos. O autor principal Yanliang Guo admitiu que o comportamento contraria o que haviam previsto. “Inicialmente, esperávamos que os átomos começassem a voar em todas as direções. Em vez disso, eles se comportaram de maneira surpreendentemente ordenada.”
Lei Ying, um colaborador teórico da Universidade de Zhejiang em Hangzhou, China, compartilhou essa reação. “Isso não está de acordo com nossa expectativa ingênua. É impressionante o fato de que em um sistema fortemente impulsionado e interativo, a coerência de muitos corpos pode evidentemente interromper a absorção de energia. Isso vai contra nossa intuição clássica e revela uma estabilidade notável enraizada na mecânica quântica.”
Ying também ressaltou que recriar esse comportamento usando simulações computacionais clássicas é extremamente desafiador. “É por isso que precisamos de experimentos. Eles caminham lado a lado com nossas simulações teóricas.”
Por Que a Coerência Quântica é Importante
Para ver quão robusto esse estado incomum realmente era, os pesquisadores alteraram o experimento, adicionando aleatoriedade à sequência de impulso. O efeito foi imediato. Mesmo uma pequena quantidade de desordem foi suficiente para destruir a localização.
Uma vez que a coerência foi perturbada, os átomos se comportaram de maneira mais convencional. Seu momento se espalhou novamente, a energia cinética aumentou rapidamente e o sistema recomeçou a absorver energia sem limites. “Esse teste destacou que a coerência quântica é crucial para evitar a termalização em tais sistemas de muitos corpos impulsionados,” diz Nägerl.
Implicações para Tecnologias Quânticas Futuras
A descoberta de MBDL tem implicações que vão muito além da física básica. Prevenir o aquecimento indesejado é um dos maiores desafios enfrentados no desenvolvimento de simuladores quânticos e computadores quânticos. Esses dispositivos dependem da manutenção de estados quânticos delicados que podem ser facilmente perdidos devido ao acúmulo de energia e à decoerência.
“Este experimento fornece uma maneira precisa e altamente ajustável para explorar como sistemas quânticos podem resistir à atração do caos,” diz Guo. Ao mostrar que o aquecimento pode ser interrompido completamente sob as condições certas, os resultados desafiam suposições há muito mantidas sobre como a matéria quântica impulsionada se comporta.
O estudo abre novos caminhos para entender como sistemas quânticos podem permanecer estáveis mesmo quando empurrados para longe do equilíbrio.
A pesquisa foi publicada na Science e recebeu apoio financeiro do Fundo de Ciência da Áustria FWF, da Agência de Promoção da Pesquisa da Áustria FFG, e da União Europeia, entre outros.
