Físicos encontraram novas evidências de um fenômeno quântico previsto em 1931 pelo físico Hans Bethe: a formação de agrupamentos de átomos que se comportam como uma única unidade, conhecidos como cordas de Bethe.
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Para investigar o fenômeno, a equipe resfriou átomos de césio a temperaturas próximas do zero absoluto e os confinou em tubos extremamente estreitos. As medições apontaram para agrupamentos com pelo menos seis átomos, mas ainda não comprovam definitivamente a existência dessas estruturas.
Como o experimento foi realizado
A previsão de Bethe surgiu de estudos sobre o comportamento quântico de sistemas físicos e suas relações com o magnetismo. Seus cálculos indicavam que partículas poderiam formar conjuntos com propriedades coletivas, uma possibilidade que mais tarde passou a ser investigada também em sistemas de átomos.
Para testar essa hipótese, os pesquisadores trabalharam com dezenas de milhares de átomos de césio resfriados até perto do zero absoluto. Nessas condições, eles formaram um condensado de Bose-Einstein, estado em que as partículas compartilham o mesmo estado quântico.
Feixes de laser dividiram o material em milhares de tubos estreitos, nos quais os átomos ficaram alinhados. A equipe também ajustou as interações entre as partículas com um campo magnético, criando condições favoráveis à formação de agrupamentos ligados.
A configuração permitiu estudar o comportamento dos átomos em uma dimensão, sem que eles pudessem passar uns pelos outros. Hanns-Christoph Nägerl, físico da Universidade de Innsbruck e coautor do estudo, comparou a disposição a um colar de pérolas: os átomos ficam alinhados como contas em um fio.
O que as medições revelaram
Os pesquisadores não observaram diretamente as cordas de Bethe. Em vez disso, investigaram indícios de sua presença comparando a energia liberada pelos átomos durante a expansão em diferentes condições.
Quando o movimento ficou restrito aos tubos, os agrupamentos permaneceram ligados. Já a expansão nas três dimensões fez essas estruturas se desfazerem, liberando energia na forma de movimento. A diferença entre as duas situações forneceu pistas sobre a força das ligações entre os átomos.
As medições indicaram uma quantidade de energia cerca de três vezes maior na expansão tridimensional. Os dados apontaram para agrupamentos com pelo menos seis átomos e foram compatíveis com as previsões de um modelo teórico. Trata-se, contudo, de uma evidência indireta: o resultado não equivale à observação inequívoca das estruturas.
O experimento também enfrentou limitações. Os agrupamentos podem durar pouco antes de se desfazerem e formarem moléculas comuns de césio. Nas tentativas realizadas às temperaturas mais baixas, a equipe perdeu cerca de 40% dos átomos.
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Em entrevista ao Live Science, Nägerl resumiu a cautela necessária na interpretação dos resultados: “O fato de uma teoria se ajustar aos seus dados não é uma prova de que algo existe”.
Entre os aspectos centrais da investigação estão:
- Temperatura extrema: o resfriamento dos átomos permitiu estudar seu comportamento em condições quânticas específicas.
- Confinamento em uma dimensão: os tubos estreitos limitaram o movimento das partículas e facilitaram a análise das interações.
- Expansão em diferentes direções: a comparação entre as condições de movimento forneceu indícios sobre a energia dos agrupamentos.
- Limites da medição: a ausência de observação direta impede tratar os resultados como uma confirmação definitiva.
Publicado na revista Nature Communications, o estudo acrescenta evidências à investigação das cordas de Bethe, mas deixa uma questão fundamental em aberto: demonstrar diretamente que os agrupamentos previstos pela teoria se formam e persistem nas condições observadas.
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Valdir Antonelli
Valdir Antonelli é jornalista com especialização em marketing digital e consumo.
