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Uma equipa de cientistas fez explodir um conjunto de átomos, como se fossem balões, para criar uma versão extrema de um estado “impossível” da matéria.
Ao fazer explodir átomos de rubídio com lasers, os físicos excitaram-nos para um “estado de Rydberg inchado“, numa experiência que resulta no estado exótico da matéria conhecido como cristal do tempo.
Segundo a equipa de investigadores, o resultado da experiência abre uma nova via para explorar as propriedades dos cristais de tempo e de fenómenos como as flutuações quânticas, a correlação e a sincronização — fatores importantes no desenvolvimento de computadores quânticos.
Os resultados da experiência foram apresentados num artigo publicado a semana passada na Nature Physics.
Descritos pela primeira vez pelo físico teórico norte-americano Frank Wilczek em 2012, os cristais de tempo são movimentos de partículas que se repetem numa dimensão temporal, à semelhança dos cristais como o diamante e o quartzo, que são padrões de partículas que se repetem no espaço.
Embora a teoria original descrevesse padrões que se repetem de forma “perpétua”, versões “temporárias” foram conseguidas experimentalmente e observadas de diferentes formas por diferentes equipas de físicos.
Nestas versões “temporárias”, podem ser medidos padrões oscilantes que são distintos de quaisquer ritmos externos impostos aos cristais, explica o Science Alert. Este novo tipo de cristal temporal foi gerado a partir de um gás de átomos de rubídio à temperatura ambiente, confinado num recipiente de vidro.
A equipa de físicos, liderada por Xiangliang Li e Li You , investigadores da Universidade de Tsinghua, na China, utilizou luz laser para excitar o átomo para estados de Rydberg.
Quando a energia é adicionada ao átomo de tal forma que os eletrões mais exteriores descrevem órbitas maiores em torno do núcleo, essencialmente o átomo incha até centenas de vezes o seu raio normal.
Este valor é ainda muito pequeno do nosso ponto de vista, mas produz um efeito interessante na forma como os átomos interagem quando estão todos agrupados numa caixa de vidro.
“Se os átomos no nosso recipiente de vidro forem preparados nestes estados de Rydberg e o seu diâmetro se tornar enorme, então as forças entre estes átomos também se tornam muito grandes”, explica Thomas Pohl, físico da Universidade de Tecnologia de Viena e co-autor do estudo, em comunicado da universidade.
“Isto, por sua vez, altera a forma como interagem com o laser. Se a luz laser for escolhida de forma a poder excitar dois estados de Rydberg diferentes em cada átomo ao mesmo tempo, gera-se um ciclo de feedback que provoca oscilações espontâneas entre os dois estados atómicos — que, por sua vez, também leva a uma absorção oscilante da luz”, explica o físico austríaco.
Assim, quando a equipa de investigadotes excitou o gás rubídio com luz laser, aconteceu algo excitante. Embora o laser tivesse uma intensidade constante, quando mediram a luz na extremidade mais distante do recipiente, viram sinais de oscilação atómica à medida que os átomos passavam de um estado excitado para um estado menos excitado.
Estas oscilações tinham surgido organicamente, satisfazendo assim a definição de um cristal de tempo.
“Esta é, de facto, uma experiência estática em que não é imposto nenhum ritmo específico ao sistema”, detalha o investigador. “As interações entre a luz e os átomos são sempre as mesmas, o raio laser tem uma intensidade constante. Mas, surpreendentemente, a intensidade que chega à outra extremidade da célula de vidro começa a oscilar em padrões altamente regulares“.
Estes tem aplicações potenciais em tecnologias que requeiram oscilações altamente regulares e auto-sustentadas. A metrologia, por exemplo – a ciência da medição – poderia utilizar um sistema deste género.
Também o processamento de informação quântica baseado em átomos de Rydberg seria uma ferramenta poderosa para aplicações informáticas.
“Criámos um novo sistema que constitui uma plataforma poderosa para aprofundar a nossa compreensão do fenómeno dos cristais de tempo de uma forma que se aproxima muito da ideia original de Frank Wilczek”, conclui Pohl.
