Um novo artigo revela o comportamento das transições da fase quântica - e novos métodos potenciais para investigar questões fundamentais sobre a própria física. Andrew P Street informa.

A impressão de um artista sobre a  inflação, ocorrendo imediatamente após o Big Bang. Nova pesquisa sobre transições de fase quântica oferece um vislumbre da física potencial envolvida.
Créditos: DETLEV VAN RAVENSWAAY / CIÊNCIA BIBLIOTEC

O uso de sistemas de matéria condensada como forma de modelar sistemas quânticos de difícil acesso - o estado de alta energia do universo segundos após o Big Bang, por exemplo, quando houve um período rápido de expansão exponencial, conhecido como inflação - tornou-se bem aceito na física de partículas.

E um novo artigo de uma equipe de pesquisadores dos EUA na revista Nature Physics apresenta observações de transições de fase quântica que sugerem que nossas teorias atuais estão no caminho certo.

Em matéria comum, estamos familiarizados com as transições de fase, o momento em que a matéria muda de forma abrupta e significativa - por exemplo, congelamento de água no gelo em zero graus. As coisas semelhantes ocorrem no nível quântico, e compreender as condições e os efeitos das transições da fase quântica podem ajudar a responder algumas das questões mais fundamentais da física, potencialmente até a forma como o cosmos surgiu.

No modelo atualmente aceito do cosmos, o estourar da inflação foi seguido pela formação de "defeitos topológicos" que deformaram o universo inicial uniforme, levando à formação das características que vemos hoje, como galáxias, estrelas e planetas.

"Como a inflação é iniciada e evolui para os defeitos topológicos continua a ser um tema de debate", observa os pesquisadores, liderados por Lei Feng do Instituto James Franck, Instituto Enrico Fermi e da Universidade de Chicago, demonstram um modelo que pode fornecer um análogo matemático.

Para investigar o mistério, Feng e seus colegas usaram um condensado de Bose-Einstein - um gás atômico ultra-frio, arrefecido para fechar o zero absoluto. Nesta experiência, o condensado compreendeu apenas 30.000 átomos de césio, mantidos no lugar com uma armadilha óptica, com energia próxima a zero no sistema. Então, para simplificar, os pesquisadores sacudiram os átomos de um lado para o outro.

Essa modulação do sistema criou dois novos estados de baixa energia, até que as ondas começaram a se formar no condensado - e essas ondas cresceram exponencialmente quando a agitação atingiu um ponto crítico.

Isso sugere um processo semelhante ao que vemos como inflação - ou, como diz o documento, "Essas observações sugerem que os átomos ocupam uma superposição coerente de estados de impulso bem definidos e a onda de densidade emerge de sua interferência".

Além disso, o fato de que os átomos se mudaram para dois estados terrestres diferentes ao invés de deslocar tudo ao mesmo tempo para um único novo mostra uma maneira pela qual a uniformidade de um estado quântico estável poderia ser quebrada.

Os pesquisadores não sugerem que é assim que o universo tenha surgido, mas ofereça os resultados, pois a evidência de transições de fase quântica de sentido único realmente se comportam no mundo físico.

Fonte: https://cosmosmagazine.com/physics/shaking-atoms-offer-clue-to-post-inflationary-universe

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