O Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP consolidou-se como um dos principais pólos de pesquisa em física atômica na América Latina. Lá, pesquisadores estudam um estado exótico da matéria, conhecido como condensado de Bose-Einstein(BEC da sigla em inglês), que só pode ser obtido mediante técnicas sofisticadas de resfriamento e armadilhamento de átomos usando campos magnéticos e ópticos. Essas técnicas permitem alcançar temperaturas extremamente baixas, próximas do zero absoluto, dando origem a uma super partícula quântica. Esse fenômeno foi previsto na década de 1920 pelos físicos Satyendra Nath Bose e Albert Einstein e por isso leva o nome de seus idealizadores. A essa temperatura, o conglomerado de átomos se comporta como uma entidade única(superpartícula), com comportamento coletivo descrito por uma única função de onda quântica. Em vez de se moverem como partículas independentes, os átomos se sincronizam em fase, formando uma “superpartícula” coerente. No IFSC-USP, sob a liderança do professor Dr. Vanderlei Salvador Bagnato, esse fenômeno é explorado experimentalmente com átomos de sódio-23, possibilitando investigações de superfluidez, formação de vórtices quantizados, turbulência quântica e relaxação. Essas pesquisas posicionam o Brasil na fronteira do conhecimento em física quântica da matéria diluída, e abrem caminho para aplicações em metrologia, simulação de sistemas complexos e no desenvolvimento de tecnologias quânticas emergentes.
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Formação: Bacharel em Ciências da Computação pela Universidade Paulista, bacharel em Física Computacional pelo IFSC-USP, especialista em Computação Forense pela Universidade Presbiteriana Mackenzie e atualmente conduzindo sua pesquisa de mestrado em Física atômica no instituto de Física de São Carlos – USP. |
Formação: Bacharel em Física pela Universidad nacional del Callao (Lima-Perú), mestre em Ciências (IFSC-USP) e atualmente doutorando em Ciências no Instituto de Física de São Carlos - Universidade de São Paulo.
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No laboratório, os estudantes de mestrado Diego Prosperi Turibio e de doutorado Edward Gutenberg Iraita Salcedo e a pesquisadora Kilvia Mayre Farias são os responsáveis pela obtenção do condensado de Bose Einstein. O processo envolve diversas etapas que são realizadas utilizando-se de equipamentos optoeletrônicos, lasers, campos magnéticos, instrumentação de controle, e mediante uma sequência de etapas bem definidas e técnicas controladas para fazer o aprisionamento (trapping), resfriamento (laser cooling and evaporative cooling) dos átomos em uma câmara de alto vácuo, até uma temperatura da ordem de centenas de nanoKelvin(um nanoKelvin equivale a um grau Celsius dividido por um bilhão).
Fig2: Processo de resfriamento de átomos de sódio mediante as técnicas de laser cooling and trapping (~600uK), seguido de processo de resfriamento evaporativo em armadilha magnética e óptica (~130nK).
Para chegar neste resultado, são utilizados 4 lasers de 3 comprimentos de onda diferentes nas mesas ópticas: 589 nm(amarelo), 532 nm(verde) e 1084 nm(infravermelho). Cada um com uma finalidade específica de excitar, confinar ou repelir os átomos de acordo com a necessidade em cada etapa do processo.
Fig3. Primeira mesa a óptica: lugar onde alguns parâmetros ópticos tais como potência, frequência são ajustados para interagir como átomos de sódio.
Fig4. Segunda mesa a óptica e sistema de vácuo: Aqui os lasers de 532nm e o laser infravermelho de 1064nm tem o papel crucial para a condensação de Bose-Einstein.
Quando os átomos chegam a estas baixas temperaturas (~130nK), passam a se comportar como uma única entidade, e neste momento os cientistas começam a perturbar o sistema de diversas formas, dando energia ao condensado e “fotografando” como ele se estabiliza reencontrando o equilíbrio novamente com a passagem do tempo. Para isso são feitas “fotografias” do condensado jogando sobre eles luz, e coletando imagens de sua sombra, que dá informações importantes sobre sua densidade e dimensão espacial e indiretamente sobre sua temperatura.
O estudo de condensados de Bose-Einstein é extremamente promissor tanto do ponto de vista fundamental, quanto em termos de aplicações tecnológicas emergentes. Por se tratar de um estado da matéria em que milhões de átomos ocupam o mesmo estado quântico, os BECs oferecem uma plataforma única para explorar comportamentos coletivos da mecânica quântica em escalas macroscópicas.
Fontes: Prof. Dr. Vanderlei Salvador Bagnato - IFSC - USP - CEPOF - INCT - Grupo de Óptica ; mestrado Diego Prosperi Turibio - IFSC - USP - Grupo de Óptica , doutorado Edward Gutenberg Iraita Salcedo - IFSC - USP - Grupo de Óptica, pesquisadora Dra Kilvia Mayre Farias - IFSC - USP - Grupo de Óptica, e Me. Kleber Jorge Savio Chicrala - Jornalismo Científico e Difusão Científica - CEPOF - INCT - IFSC - USP - Grupo de Óptica.
