Pesquisadores da TU Wien agora demonstraram uma exceção rara. Em um experimento cuidadosamente projetado, eles observaram um sistema físico em que o transporte não se degrada de forma alguma.

Um Gás Ultracongelado com Fluxo Perfeito

A equipe confinou milhares de átomos de rubídio para que pudessem se mover apenas em uma única linha reta, usando uma combinação de campos magnéticos e ópticos. Essa configuração produziu um gás quântico ultracongelado em que tanto a energia quanto a massa se movem com total eficiência. De acordo com os resultados publicados na revista Science, o fluxo permanece constante e inalterado mesmo após inúmeras colisões atômicas. A descoberta revela uma forma de transporte que se comporta de maneira muito diferente do que é visto na matéria comum.

Dois Tipos Fundamentais de Transporte

“Em princípio, existem dois tipos muito diferentes de fenômenos de transporte,” diz Frederik Møller do Atominstitut da TU Wien. “Falamos de transporte balístico quando as partículas se movem livremente e cobrem o dobro da distância em dobro do tempo — como uma bala viajando em linha reta.”

O segundo tipo é conhecido como transporte difusivo, que ocorre quando o movimento é dominado por colisões aleatórias. A condução de calor é um exemplo clássico. Quando partículas mais quentes interagem com as mais frias, a energia e o momento são gradualmente compartilhados até que as temperaturas se equilibrem em todo o sistema.

“Esse tipo de transporte não é linear,” diz Møller. “Para cobrir o dobro da distância, geralmente é necessário quatro vezes mais tempo.”

Por que a Difusão Quebra Nesse Experimento

O comportamento observado no experimento da TU Wien não seguiu nenhum padrão familiar. Em vez de se espalhar por difusão, o fluxo atômico permaneceu nitidamente definido. “Ao estudar a corrente atômica, pudemos ver que a difusão está praticamente completamente suprimida,” diz Møller. “O gás se comporta como um condutor perfeito; mesmo que inúmeras colisões ocorram entre os átomos, quantidades como massa e energia fluem livremente, sem se dissiparem no sistema.”

Uma Versão Quântica do Cradle de Newton

Os pesquisadores explicam esse efeito usando uma analogia com um craddle de Newton, o dispositivo de mesa com uma fileira de esferas metálicas suspensas. Quando uma esfera é liberada, seu momento passa diretamente pela fileira e envia a esfera na extremidade oposta balançando para fora, enquanto as outras mal se movem.

“Os átomos em nosso sistema podem apenas colidir em uma única direção,” explica Møller. “Seus momentos não são dispersos, mas simplesmente trocados entre parceiros de colisão. O momento de cada átomo permanece conservado — ele pode apenas ser passado adiante, nunca perdido.”

Por que o Gás Nunca Alcança o Equilíbrio Térmico

Assim como em um craddle de Newton, o movimento neste sistema atômico continua sem se dissipar. Energia e momento viajam através do gás indefinidamente, em vez de se dispersar como calor, que é o que acontece na maioria dos materiais.

“Estes resultados mostram por que tal nuvem atômica não se termaliza — por que não distribui sua energia de acordo com as leis habituais da termodinâmica,” diz Møller. “Estudar o transporte sob tais condições perfeitamente controladas poderia abrir novas maneiras de entender como a resistência emerge ou desaparece, no nível quântico.”