O frio faz coisas estranhas.
Deixe a matéria cair perto do zero absoluto e a física quebrará as regras que você aprendeu no ensino médio. Os elétrons se movem sem resistência. Os átomos escalam paredes como aranhas. Tudo fica confuso, governado pela estatística quântica em vez da lógica newtoniana.
Dois campos governam este micromundo: bósons e férmions.
Os bósons, assim como os fótons, são os animais festeiros. Eles se aglomeram no mesmo espaço, agindo como uma onda coerente. Férmions? Sem chance. O princípio de exclusão de Pauli os proíbe de compartilhar estados quânticos. Um elétron permanece em sua pista. Essa regra evita que estrelas de nêutrons entrem em colapso em buracos negros, um trabalho bastante pesado para uma restrição tão pequena.
Mas e se você mexer com as regras?
Os físicos queriam ver o que acontecia quando os átomos eram forçados a alternar rapidamente entre se repelirem e se atrairem.
“O que acontece se forçarmos os átomos em interação a circular consistentemente através de condições extremas?”
Para testá-lo, Alvise Bastianello e sua equipe pegaram cerca de 70 mil átomos de césio. Eles os resfriaram em nanoKelvins. Frio o suficiente para que os átomos deixassem de ser indivíduos e passassem a agir como uma entidade única e indistinta – um gás Bose.
Eles prenderam esse gás em tubos de laser. Apenas uma dimensão. Então veio o chute.
Eles pulsaram o sistema. Repelir. Atrair. Repelir. Atraia continuamente.
O resultado não foi o caos.
Normalmente, esse tipo de energia aquece as coisas. Espalha partículas aleatoriamente. Mas aqui? Os átomos se reorganizaram. Eles se estabeleceram em algo inesperado: um mar de Fermi fracionário.
Pense nisso. Os férmions não se acumulam. Eles ficam separados. Os bósons se acumulam. Este novo estado não é nenhum dos dois. Está no meio do caminho. Os estados quânticos estão parcialmente preenchidos, um híbrido problemático que provavelmente só sobrevive nessas armadilhas de dimensões inferiores.
Yi Zeng, que liderou o estudo em Innsbruck, chama isso de um novo estado de muitos corpos.
“Em vez de simplesmente aquecer o sistema”, explica Zeng, “o ciclo de interação reorganiza os átomos”.
Hanns-Christoph Nägerl observa que a ordem está oculta, mas existe. Você pode ver isso nas ondulações. Os dados mostraram oscilações de Friedel, a prova definitiva de que não se tratava apenas de ruído aleatório. Era uma estrutura. Uma ordem frágil e complexa nascida de repetidas perturbações.
Eles ainda nem sabem como chamar as partículas envolvidas. “Super-Férmions?” Nägerl brinca.
Talvez.
Por que se preocupar?
Porque quebra o paradigma. A maioria das simulações apenas reproduz o que já sabemos. Essa configuração criou um estado que os livros didáticos ainda não foram escritos. Sugere que os simuladores quânticos podem fazer mais do que imitar a natureza; eles podem inventar uma nova física para estudar como a realidade emerge da sopa quântica.
Melhores sensores quânticos provavelmente serão os próximos no horizonte. Ou criptografia mais precisa. Ou materiais com os quais nem sonhamos.
Por enquanto, eles só têm um mar que não deveria existir. E eles não terminaram de procurar.
