Na física cotidiana, o transporte descreve como as coisas se movem de um lugar para outro. A carga elétrica flui pelos fios, o calor se espalha pelo metal e a água flui pelos canos. Em cada caso, os cientistas podem medir a facilidade com que a carga, a energia ou a massa se movem através do material. Em condições normais, esse movimento é retardado por fricção e colisões, criando um arrasto que retarda ou eventualmente interrompe o fluxo.
Pesquisadores da TU Wien demonstraram uma rara exceção. Numa experiência cuidadosamente concebida, observaram um sistema físico no qual o transporte não se deteriora de todo.
Gás ultra frio com fluxo perfeito
A equipe restringiu milhares de átomos de rubídio para que eles só pudessem se mover ao longo de uma única linha reta usando uma combinação de campos magnéticos e ópticos. Esta configuração produziu um gás quântico ultrafrio no qual tanto a energia quanto a massa se movem com perfeita eficiência. De acordo com os resultados publicados na revista Ciênciao fluxo permanece estável e inalterado mesmo após inúmeras colisões atômicas. A descoberta revela uma forma de transporte que se comporta de forma muito diferente daquela que pode ser vista na matéria comum.
Dois tipos principais de transporte
“Basicamente, existem dois tipos muito diferentes de fenómenos de transporte”, diz Friedrich Möller, do Atominstitut do Instituto de Tecnologia de Viena. “Estamos falando de transporte balístico, quando as partículas se movem livremente e percorrem o dobro da distância no dobro do tempo – como uma bala viajando em linha reta.”
O segundo tipo é conhecido como transporte difuso, que ocorre quando o tráfego é dominado por colisões aleatórias. A condutividade térmica é um exemplo clássico. À medida que as partículas mais quentes interagem com as mais frias, a energia e o momento são gradualmente compartilhados até que a temperatura no sistema se equalize.
“Este modo de transporte não é linear”, diz Möller. “Para cobrir o dobro da distância, normalmente você precisa de quatro vezes mais.”
Por que a difusão é quebrada neste experimento
O comportamento observado no experimento TU Wien não seguiu nenhum padrão familiar. Em vez de se espalhar por difusão, o fluxo atômico permaneceu nitidamente definido. “Ao estudar a corrente atómica, pudemos ver que a difusão é quase completamente suprimida”, diz Möller. “Um gás se comporta como um condutor perfeito; mesmo que haja inúmeras colisões entre átomos, quantidades como massa e energia fluem livremente sem serem dissipadas no sistema.”
Uma versão quântica do berço de Newton
Os pesquisadores explicam esse efeito usando a analogia do berço de Newton, um dispositivo de mesa com uma série de bolas de metal suspensas. Quando uma bola é lançada, seu impulso percorre a linha e faz com que a bola na extremidade oposta balance para fora enquanto as outras mal se movem.
“Os átomos do nosso sistema só podem colidir numa direção”, explica Moeller. “Seu momento não é dissipado, mas simplesmente trocado entre os parceiros de colisão. O momento de cada átomo é conservado – só pode ser transferido, nunca perdido.”
Por que um gás nunca atinge o equilíbrio térmico
Tal como no berço de Newton, o movimento neste sistema atómico continua inabalável. A energia e o momento viajam através do gás indefinidamente, em vez de serem dissipados como calor, o que é o caso da maioria dos materiais.
“Estes resultados mostram porque é que uma nuvem atómica deste tipo não termaliza – porque é que não distribui a sua energia de acordo com as leis habituais da termodinâmica”, diz Möller. “Estudar o transporte sob condições tão perfeitamente controladas poderia abrir novas maneiras de compreender como a resistência surge ou desaparece no nível quântico”.
