Dois estados quânticos pelo preço de um

Dois estados quânticos pelo preço de um Hidrogênico líquido pode ser supercondutor, superfluido, ou ambos, de acordo com simulações computacionais.

Phys. Rev. Lett. 95, 135301 (2005)  Super emaranhados. De acordo com simulações computacionais, nas condições certas o hidrogênio líquido é um supercondutor superfluido, onde linhas de vórtice de elétrons (azul) combinadas com as de prótons (vermelho) formam uma grade rígida (esquerda). A temperaturas mais altas as linhas de vórtice permanecem em pares, mas elas agora se movem livremente através do superfluido (direita). Sobre extremos de pressão e temperatura, o hidrogênio pode transformar-se em um supercondutor, conduzindo eletricidade sem resistência. Mas ele pode também se transformar em um líquido que flui sem fricção – um superfluido. Esse estado combinado inédito e outros relacionados são previstos por simulações computacionais relatadas em junho na Physical Review B e na Physical Review Letters de 23 de setembro. Se esses estados incomuns realmente existem permanece discutível, mas testes experimentais podem logo resolver o debate. Sobre pressão suficiente – milhões de atmosferas, como aquela que ocorre no interior de Júpiter – o hidrogênio vira um metal líquido. A temperaturas de poucos graus acima do zero absoluto, ele pode se transformar em supercondutor, no qual uma corrente de elétrons pode fluir sem resistência. A estas temperaturas um estado de supercondutividade de prótons pode também ocorrer. Além disso, os estados dos elétrons e prótons podem cooperar para formar um superfluido, no qual elétrons e prótons se moveriam em conjunto, permitindo movimento de massa livre de atrito, sem movimento líquido de carga. Asle Sudbø da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia em Trondheim, em colaboração com dois físicos da Universidade de Cornell, previram recentemente algumas propriedades do estado superfluido supercondutor e de outros dois estados – um supercondutor mas não superfluido, outro superfluido mas não supercondutor. Em seus últimos dois artigos, Sudbø e seus colegas descrevem simulações que exploram em detalhe as interações dos elétrons e prótons no hidrogênio líquido. Todos os três estados aparecem nas simulações, com transições entre eles controladas pela temperatura e um campo magnético externamente aplicado. Um campo magnético pode forçar muitos supercondutores a ficar num estado parecido com um queijo suiço, onde o campo penetra apenas através de tubos de material não-supercondutor chamados linhas de vórtices, ao redor dos quais circulam elétrons. A baixas temperaturas, na fase supercondutora e superfluida do hidrogênio líquido, linhas de vórtice de ambos elétrons e prótons supercondutores coincidem fisicamente e formam uma grade fixa. Ao aquecer o hidrogênio, duas coisas acontecem, dependendo da força do campo magnético, dizem os pesquisadores. Em um campo modesto, as linhas de vórtice do próton começam a destacar-se das linhas de vórtice dos elétrons a medida que o campo se aquece. Essa separação perturba o movimento coerente dos dois componentes e destrói a superfluidez, enquanto que a supercondutividade persiste. Em suas simulações, a equipe observou a transição a este estado “eletrônico supercondutor”. Se o campo é fixado com uma intensidade maior a medida que a temperatura sobe, os dois tipos de vórtice grudam um no outro e saem de suas posições rígidas na grade para se moverem livremente, criando o que os pesquisadores chamam de um líquido de vórtices. Essa fase não é supercondutora porque uma corrente elétrica forçaria os tubos de fluxo magnético a se moverem, e portanto gastarem energia. Mas porque as cargas de elétrons e prótons permanecem coordenadas em qualquer lugar, a superfluidez é preservada. Sudbø e seus colegas também viram esta fase em suas simulações. “O estado [supercondutor superfluido] seria interessante,” diz David Ceperly da Universidade de Illinois em Urbana-Champaing, mas não acredita que ele possa realmente ocorrer. A questão crucial é se o hidrogênio se congela em um sólido ou se permanece líquido a baixas temperaturas, e seus próprios cálculos em computador sugerem que ele congela antes. Outros, entretanto, discordam. Felizmente, Ceperly e Sudbø concordam que experimentos podem resolver a questão em breve. Novos métodos de laboratório para fabricar diamantes perfeitos poderiam logo permitir a construção de dispositivos de compressão que resistem às pressões necessárias para criar hidrogênio superfluido metálico. “Apenas os experimentos dirão se estes estados existem ou não”, disse Sudbø. David Lindley David Lindley é escritor freelancer em Arlington, Virgínia, e autor deDegrees Kelvin: A Tale of Genius, Invention, and Tragedy (Joseph Henry Press, Março, 2004). Tradução de Igor Zolnerkevic. Leia o artigo original em Physical Review Focus. Copyright 2005, The American Physical Society.