Um experimento de antimatéria mostra surpresas perto do 0 absoluto

O projeto foi projetado para ver se a espectroscopia em um banho de hélio generation possível – uma prova de conceito para experimentos futuros que usariam átomos híbridos ainda mais exóticos.

Mas Sótér estava curioso sobre como os átomos híbridos reagiriam a diferentes temperaturas do hélio. Ela convenceu a colaboração a gastar a preciosa antimatéria repetindo as medições dentro de banhos de hélio cada vez mais frios.

“Foi uma ideia aleatória do meu lado”, disse Sótér, agora professor do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Zurique. “As pessoas não estavam convencidas de que valia a pena desperdiçar antiprótons nele.”

Onde as linhas espectrais da maioria dos átomos teriam se descontrolado no fluido cada vez mais denso, ampliando-se talvez um milhão de vezes, os átomos de Frankenstein fizeram o oposto. À medida que os pesquisadores baixavam o banho de hélio para temperaturas mais geladas, a mancha espectral se estreitava. E abaixo de cerca de 2,2 kelvins, onde o hélio se torna um “superfluido” sem atrito, eles viram uma linha quase tão nítida quanto a mais apertada que haviam visto no gás hélio. Apesar de presumivelmente levar uma surra do ambiente denso, os átomos híbridos de matéria-antimatéria estavam agindo em uníssono improvável.

Sem saber o que fazer com o experimento, Sótér e Hori sentaram no resultado enquanto refletiam sobre o que poderia ter dado errado.

“Continuamos discutindo por muitos anos”, disse Hori. “Não foi tão fácil para mim entender por que esse generation o caso.”

Por um triz

Com o pace, os pesquisadores concluíram que nada havia dado errado. A linha espectral apertada mostrou que os átomos híbridos em hélio superfluido não estão experimentando colisões atômicas da maneira típica de uma bola de bilhar em um gás. A pergunta generation por quê. Depois de consultar vários teóricos, os pesquisadores chegaram a duas razões possíveis.

Um envolve a natureza do ambiente líquido. O espectro atômico se estreitou abruptamente quando o grupo resfriou o hélio em um estado superfluido, um fenômeno da mecânica quântica em que os átomos individuais perdem sua identidade de uma maneira que lhes permite fluir juntos sem esfregar uns contra os outros. A superfluidez diminui as colisões atômicas em geral, então os pesquisadores esperam que os átomos estranhos experimentem apenas um leve alargamento ou mesmo uma quantidade limitada de aperto em alguns casos. “O hélio superfluido”, disse Lemeshko, “é a coisa mais macia conhecida na qual você pode mergulhar átomos e moléculas”.

Mas, embora o hélio superfluido possa ter ajudado os átomos híbridos a se tornarem mais isolacionistas, isso por si só não pode explicar o quão bem comportados eram os átomos. Outra chave para sua conformidade, acreditam os pesquisadores, foi sua estrutura incomum, provocada por seu componente de antimatéria.

Em um átomo commonplace, um minúsculo elétron pode se aventurar longe de seu átomo hospedeiro, especialmente quando excitado por um laser. Com uma trela tão solta, o elétron pode facilmente colidir com outros átomos, perturbando os níveis de energia intrínseca de seu átomo (e levando ao alargamento espectral).

Quando Sótér e seus colegas trocaram elétrons rápidos por antiprótons pesados, eles mudaram drasticamente a dinâmica do átomo. O antipróton maciço é muito mais caseiro, ficando perto do núcleo, onde o elétron externo pode abrigá-lo. “O elétron é como um campo de força”, disse Hori, “como um escudo”.