Você não vai encontrar isso na sua bodega local, mas sim no lugar mais frio de Nova York: o laboratório do físico Sebastian Will, na Universidade de Columbia. O grupo experimental é especializado em empurrar átomos e moléculas para temperaturas próximas do zero absoluto. Escrevendo na revista **Nature**, o laboratório de Will, com o apoio do colaborador teórico Tijs Karman, da Universidade Radboud na Holanda, criou com sucesso um estado quântico único da matéria chamado Condensado de Bose-Einstein (BEC) feito de moléculas. Esse BEC, resfriado a apenas cinco nanoKelvin, ou cerca de -459,66 °F, e estável por impressionantes dois segundos, é feito de moléculas de sódio-césio. Essas moléculas são polares, facilitando interações de longo alcance.
### Novas Fronteiras na Pesquisa Quântica
A pesquisa que o laboratório está empolgado em explorar com seus BECs moleculares inclui a investigação de diversos fenômenos quânticos, como novos tipos de superfluidez e simulações de propriedades quânticas de materiais complexos, como cristais sólidos. “Condensados de Bose-Einstein moleculares abrem novas áreas de pesquisa, desde a compreensão de física fundamental até o avanço de simulações quânticas”, disse Will. “Esta é uma conquista empolgante, mas é realmente apenas o começo.”
### Para Ficar Mais Frio, Adicione Micro-ondas
Micro-ondas têm uma longa história em Columbia. Nos anos 1930, o físico Isidor Isaac Rabi fez um trabalho pioneiro com micro-ondas que levou ao desenvolvimento de sistemas de radar aerotransportados. “Rabi foi um dos primeiros a controlar os estados quânticos de moléculas e um pioneiro na pesquisa com micro-ondas”. Micro-ondas podem facilitar o resfriamento de moléculas, evitando colisões que formam complexos maiores que desaparecem das amostras. Com as moléculas protegidas contra colisões, apenas as mais quentes são removidas, explicou o autor Niccolò Bigagli.
O segundo campo de micro-ondas tornou o resfriamento ainda mais eficiente, permitindo que o sódio-césio finalmente cruzasse o limiar do BEC, um objetivo do laboratório desde 2018. “Foi um fechamento fantástico para mim”, disse Bigagli, que se formou com seu doutorado em física nesta primavera e foi membro fundador do laboratório. “Passamos de não ter um laboratório configurado para esses resultados fantásticos.”
### Um Novo Mundo para a Física Quântica
Ye, um pioneiro da ciência ultrafria, considera os resultados uma bela peça de ciência. “O trabalho terá impactos importantes em vários campos científicos, incluindo química quântica e materiais quânticos fortemente correlacionados”, comentou. A equipe de Columbia está animada em ter uma descrição teórica das interações entre moléculas validada experimentalmente. “Temos uma boa ideia das interações neste sistema, o que é crítico para os próximos passos, como explorar a física de muitos corpos dipolares”, disse Karman.
Existem dezenas de previsões teóricas que agora podem ser testadas experimentalmente com os BECs moleculares, que, como observou o coautor e estudante de doutorado Siwei Zhang, são bastante estáveis. “A maioria dos experimentos ultrafrios ocorre em menos de um segundo, mas nossos BECs duram até dois segundos. Isso nos permitirá investigar questões abertas na física quântica”.
Uma ideia é criar cristais artificiais com os BECs presos em uma rede óptica feita de lasers. Isso permitiria simulações quânticas poderosas que imitam as interações em cristais naturais, observou Will. Simuladores quânticos feitos com átomos têm interações de curto alcance, limitando o quanto podem modelar materiais complexos. “O BEC molecular trará mais sabor”, disse Will.
Isso inclui a dimensionalidade, disse o coautor e estudante de doutorado Weijun Yuan. “Gostaríamos de usar os BECs em um sistema 2D. Quando você passa de três dimensões para duas, nova física surge”, disse ele. Materiais 2D são uma área importante de pesquisa em Columbia; ter um sistema modelo feito de BECs moleculares poderia ajudar Will e seus colegas a explorar fenômenos quânticos, incluindo supercondutividade e superfluidez. “Parece que um mundo totalmente novo de possibilidades está se abrindo”.