“Triste época! É mais fácil desintegrar um átomo do que um preconceito“.

Albert Einstein

“Mistério” Quântico

A busca incansável da Ciência por estruturas nanométricas, isto é, de tamanho comparável ao dos átomos, traz à luz o desenvolvimento de nanorobôs na luta contra o câncer. Nesta perspectiva, os físicos conseguiram avanços significativos nesse âmbito da Ciência por meio dos efeitos quânticos do condensado de Bose-Einstein, que, por sua vez, foi previsto por Albert Einstein em 1925, depois de ter lido um importante artigo publicado pelo físico e matemático Satyendra Nath Bose. Para compreender a fundo o condensado de Bose-Einstein, é necessário um vasto conhecimento matemático da física estatística e da física quântica, por isso, Ciência com Café traz uma breve decodificação desse “mistério” quântico dentro dos limites possíveis.

Entendendo o condensado de Bose-Einstein

O condensado de Bose-Einstein é um estado da matéria obtido quando um gás de átomos bosônicos (isto é, átomos com spin inteiro) extremamente rarefeito é resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto, que, por sua vez, equivale a −273,15 graus na escala Celcius. Dessa maneira, quando a temperatura do gás atinge um valor crítico, os átomos condensam-se, dando origem a um único superátomo macroscópico, em que todos os átomos apresentam propriedades idênticas. Consequentemente, é possível observar os efeitos quânticos no mundo macroscópico, fato nunca antes observado e que se imaginava impossível.

Como chegar a esse estado da matéria?

O condensando de Bose-Einstein tem dois ingredientes fundamentais e peculiares: um gás de atómos bosônicos e uma temperatura extremamente baixa. O gás é mantido em uma câmara com uma densidade baixa para que não o condense durante o processo de resfriamento. O resfriamento do gás é a parte mais crítica do processo. Haja vista que o condensado não pode ser feito sob qualquer superfície, pois isso o tornaria líquido ou sólido. Nesse caso, o gás é resfriado por meio de seis feixes de laser que apontam nas três direções do espaço, “rebatendo” os átomos de volta para o centro do recipiente. A última etapa do resfriamento concentra-se no aprisionamento dos átomos por meio de um campo magnético fraco (técnica proposta por Cornell e Wieman). Por fim, o campo magnético é desligado e os átomos mais “quentes” escapam, fazendo com que o condensado alcance temperaturas extremamente baixas, “avistando-se” o condensado de Bose-Einstein. A produção do primeiro condensado de Bose-Einstein logrou o prêmio Nobel de Física para os físicos Eric Cornell, Carl Wierman e Wolfgang Ketterle.

Qual a utilidade disso mesmo?

Inúmeras! Como os átomos do condensado de Bose-Einstein encontram-se na mesma energia, ao desmanchá-lo, é possível produzir feixes de laser atômico de grande coerência. Essa característica dos condensados pode promover o avanço de uma importante área emergente da tecnologia, a nanolitografia, que diz respeito à fabricação de circuitos, dispositivos e até mesmo robôs na escala nanométrica com o intuito de eliminar células cancerígenas.

Elton Brasil da Costa, Engenheiro Eletricista da VERTIV, EUA