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Pesquisa sobre fases quânticas

Estudo de Física Teórica da UEL é destaque em publicação internacional

Redação Bonde com Agência UEL
19 out 2021 às 15:42
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Pesquisadores de Física Teórica, do Grupo de Teoria Quântica de Campos e Matéria Condensada do Departamento de Física – CCE (Centro de Ciências Exatas)– da UEL (Universidade Estadual de Londrina), publicaram um artigo na PRE (Physical Review E), uma das revistas da série de jornais científicos Physical Review, que estão entre as publicações científicas de maior prestígio internacional, dirigida pela America Physical Society.

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Além de publicado, o trabalho dos pesquisadores aparece em destaque como “Sugestão dos Editores”, uma categoria especial em que são escolhidos, segundo a revista, “artigos interessantes, importantes e bem escritos”. Para quem lê em inglês, o trabalho pode ser conferido neste link.


O estudo, intitulado “Spontaneous symmetry breaking and frustrated phases” (“Quebra espontânea de simetria e fases frustradas”), insere-se na interface entre a Teoria Quântica de Campos e a Mecânica Estatística. Os autores são o doutorando em Física Heitor Casasola, e os professores Carlos André Hernaski, Pedro Sergi Gomes e Paula Fernanda Bienzobaz.


Fases Quânticas - Uma das pesquisas desenvolvidas pelo grupo gira em torno do estudo de transições de fases quânticas segundo as interações entre partículas, utilizando o conhecimento da Mecânica Estatística, capaz de compreender e descrever as propriedades macroscópicas das fases da matéria a partir dos ingredientes microscópicos. 

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Isso porque as propriedades da matéria dependem dos arranjos internos de seus elementos constituintes e as interações entre eles – são as propriedades microscópicas do material. Em situações de temperaturas próximas de zero, as flutuações quânticas podem levar o sistema de uma fase para outra.  


“Essas transições são denominadas transições de fase quânticas e constituem o objeto central de estudo do nosso grupo de pesquisa e do artigo publicado com destaque”, diz a professora Paula Fernanda, orientadora de Heitor.


O estudo sobre fases da matéria permite, por exemplo, entender os mecanismos que tornam um líquido mais ou menos fluido e um metal mais ou menos rígido, o que naturalmente implica no maior domínio de materiais, avanço da tecnologia e aplicações práticas do conhecimento. 


Para se ter uma ideia, foram os conhecimentos deste campo da Física que permitiram chegar à compreensão da “superfluidez”, um estado anômalo de uma fase líquida. Heitor ilustra: “o Hélio líquido não se comporta como um líquido usual. Se você o despejar num recipiente, ele sobe pelas bordas e escapa do frasco”, relata. Provavelmente os exemplos mais conhecidos de fases quânticas da matéria são os fenômenos da superfluidez, supercondutividade e o efeito Hall, referente à diferença de potencial em um condutor elétrico.


Quebra de simetria - Quando em fase sólida, a matéria apresenta constituintes dispostos de uma forma ordenada, e quando muda para líquida, os constituintes se rearranjam com menos restrições sobre as posições. Esses diferentes arranjos podem ser caracterizados pelas simetrias que os especificam, e daí se fala em “quebra” da simetria, como no título do artigo, que pode ser espontânea ou não.


“Uma mudança de fase pode ser entendida como uma mudança das propriedades de simetria. Esse fenômeno é conhecido como quebra espontânea de simetria”, complementa Paula. A pesquisadora observa, aliás, que nas fases conhecidas como “exóticas” existem infinitas simetrias.


O que os pesquisadores da UEL fizeram foi propor um modelo envolvendo diferentes parâmetros, relativos à intensidade das interações entre partículas dispostas em uma rede, que podem ser ajustados para estudar as possíveis fases desse sistema. A mencionada “fase frustrada” aparece, segundo Heitor, quando as interações não deixam o sistema se organizar de uma maneira predeterminada. 


A professora Paula explica que, dadas as interações de atração e repulsão de partículas, pode haver uma espécie de “competição” entre elas, e uma parte dos estados permanece incógnita, indefinida ou inconclusiva, pois qualquer opção “frustra” uma possível configuração.


É importante ressaltar que a pesquisa mostrou que um sistema relativamente simples pode se organizar de maneiras bastante complexas conforme os parâmetros associados às interações microscópicas são variados, levando ao comportamento exótico (atípico) do material, assim como a transições de fases incomuns. Eis uma das importantes contribuições do estudo: ajudar no entendimento dos mecanismos capazes de produzir fases exóticas da matéria.

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