Por mais energia que receba, este gás se recusa a esquentar

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 21/08/2025

Ganho de energia sem aquecimento

Realizar trabalho sobre um sistema tipicamente aquece esse sistema. Pense, por exemplo, em esfregar as mos ou em bater o martelo na cabea de prego – tanto as mos quanto o prego vo esquentar.

Mas, conforme levamos a termodinmica aos limites dos sistemas que operam seguindo as leis da mecnica quntica, as coisas no so assim to intuitivas.

Quando comearam a mexer com sistemas microscpicos, conforme os cientistas forneciam energia continuamente para um sistema de muitas partculas, especialmente um sistema com fortes interaes partcula-partcula, a expectativa era que o sistema absorvesse a energia e se aquecesse.

Mas Yanliang Guo e colegas da Universidade de Innsbruck, na ustria, acabam de demonstrar que isso no ir acontecer – ou, pelo menos, no ir acontecer em todos os casos.

Ao usar um laser para fornecer energia para os tomos de um fluido reduzido at a escala unidimensional – um fluido quntico – e resfriado at muito prximo do zero absoluto, o que os pesquisadores viram que, aps um breve perodo apresentando a evoluo esperada, de aquecimento, a distribuio de momento dos tomos parou de se espalhar e a energia cintica do sistema atingiu um plat.

“Inicialmente, espervamos que os tomos comeassem a voar por todos os lados. Em vez disso, eles se comportaram de uma maneira surpreendentemente ordenada,” disse Guo.

Controle da matria quntica

Apesar de ser continuamente energizado e interagir fortemente, o sistema no absorveu mais energia: Ele se localizou no espao de momento, um fenmeno intrigante denominado “localizao dinmica de muitos corpos”. Diferente do espao real, ou “espao de posio”, o espao de momento uma forma de descrever um sistema no pela posio de seus elementos, mas pelo seu momento linear. Pense em pessoas em uma sala, cujas posies podem ser mapeadas usando coordenadas: O espao de momento do sistema consiste em mapear quantas pessoas esto paradas ou se movendo em determinadas faixas de velocidade.

Voltando ao seu sistema de fluido quntico, o professor Hanns-Christoph Nagerl. explica: “Nesse estado, a coerncia quntica e o entrelaamento de muitos corpos impedem que o sistema se termalize e apresente comportamento difusivo, mesmo sob acionamento externo sustentado. A distribuio de momento essencialmente congela e retm qualquer estrutura que tenha.”

Para testar a robustez do fenmeno, os pesquisadores introduziram aleatoriedade na sequncia de disparos do laser. De fato, uma pequena quantidade de desordem j foi suficiente para destruir o efeito de localizao e restaurar a difuso: A distribuio de momento tornou-se dispersiva, a energia cintica aumentou acentuadamente e o sistema absorveu energia continuamente. “Este teste destacou que a coerncia quntica crucial para prevenir a termalizao em tais sistemas de muitos corpos controlados”, disse Nagerl.

Esta descoberta vai alm do interesse fundamental na compreenso da matria em nvel quntico. Compreender como esses sistemas escapam termalizao um passo fundamental para a construo de dispositivos qunticos melhores, incluindo simuladores e computadores qunticos, nos quais o aquecimento e a decoerncia so grandes problemas porque introduzem erros e fazem os qubits perderem seus dados.

“Este experimento fornece uma maneira precisa e altamente ajustvel de explorar como os sistemas qunticos podem resistir atrao do caos,” diz Guo, acrescentando que os resultados abrem uma nova janela para o controle da matria em nvel quntico, algo que a maioria da comunidade cientfica julgava impossvel.

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