Na física cotidiana, o transporte descreve como os objetos se movem de um lugar para outro. Cargas elétricas fluem pelos fios, o calor viaja pelos metais 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, este movimento é retardado por fricção e colisões, criando um arrasto que enfraquece ou, em última análise, interrompe o fluxo.
Pesquisadores da Universidade Técnica de Viena demonstraram agora uma rara exceção. Numa experiência cuidadosamente concebida, observaram um sistema físico no qual o transporte não se degradava de todo.
Gás ultrafrio com fluxo perfeito
A equipe usou uma combinação de campos magnéticos e de luz para confinar milhares de átomos de rubídio de modo que eles só pudessem se mover em linha reta. Este dispositivo cria um gás quântico ultrafrio no qual tanto a energia quanto a massa podem se mover com total eficiência. De acordo com resultados publicados na revista ciênciao fluxo permanece estável e inalterado mesmo após inúmeras colisões atômicas. Esta descoberta revela um tipo de transporte muito diferente do que é visto na matéria comum.
Dois tipos básicos de transporte
“Em princípio, existem dois fenómenos de transporte distintos”, diz Frederik Møller, do Instituto de Ciências Atómicas da TU Viena. “Quando uma partícula se move livremente e percorre o dobro da distância no dobro do tempo, chamamos isso de transporte balístico – como uma bala viajando em linha reta.”
O segundo tipo é chamado de transporte por difusão, que ocorre quando o movimento é dominado por colisões aleatórias. A condução de calor é um exemplo típico. À medida que as partículas mais quentes interagem com as partículas mais frias, a energia e o momento são gradualmente partilhados até que a temperatura de todo o sistema atinja o equilíbrio.
“Esta transmissão não é linear”, disse Mohler. “Para cobrir o dobro da distância, normalmente você precisa de quatro vezes a distância.”
Por que a difusão falhou neste experimento?
O comportamento observado no experimento da TU Vienna não seguiu nenhum tipo de padrão familiar. O fluxo de átomos não se espalha por difusão, mas permanece claramente definido. “Ao estudar as correntes atômicas, podemos ver que a difusão é completamente suprimida”, disse Mohler. “Um gás se comporta como um condutor perfeito; mesmo que ocorram numerosas colisões entre átomos, os equivalentes de massa e energia ainda podem fluir livremente sem se dissiparem no sistema.”
Versão quântica do berço de Newton
Os pesquisadores explicaram esse efeito com 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 viaja direto através da fileira de bolas, fazendo com que a bola na extremidade oposta balance para fora enquanto as outras bolas mal se movem.
“Os átomos do nosso sistema só podem colidir numa direção”, explica Moller. “Seu momento não é disperso, mas simplesmente trocado entre parceiros de colisão. O momento de cada átomo é conservado – só pode ser transferido, nunca perdido.”
Por que os gases nunca atingem o equilíbrio térmico
Tal como no berço de Newton, o movimento neste sistema atómico continua sem diminuir. A energia e o momento viajam indefinidamente nos gases, em vez de se difundirem na forma de calor, como acontece na maioria dos materiais.
“Estes resultados mostram porque é que tal nuvem atómica não termaliza – porque é que não distribui energia de acordo com as leis habituais da termodinâmica”, disse Möller. “Estudar o transporte sob condições tão perfeitamente controladas poderia abrir novas maneiras de compreender como a resistência aparece ou desaparece no nível quântico”.
