Uma ideia de 1931
Em 1931, o físico Hans Bethe propôs que partículas em certos sistemas quânticos unidimensionais poderiam se unir em estados coletivos. Esses estados mais tarde receberam seu nome. Diferentemente das moléculas, as cordas de Bethe não são mantidas por ligações químicas. As partículas permanecem ligadas por causa da maneira como interagem, e os estados só podem existir em uma dimensão.
Durante quase um século, foram principalmente uma ideia teórica. Uma equipe da Universidade de Innsbruck agora as criou e detectou em um gás de átomos ultrafrios, trabalhando com grupos teóricos da Universidade de Amsterdã e da Universidade Técnica de Munique. O trabalho foi publicado na Nature Communications.
Átomos frios em tubos estreitos
O experimento, liderado por Hanns-Christoph Naegerl, começou com uma nuvem de átomos de césio resfriada a poucos bilionésimos de grau do zero absoluto. Os pesquisadores então separaram a nuvem em vários milhares de tubos muito estreitos. Dentro de cada tubo, os átomos podem se mover em apenas uma direção, o que cria o cenário unidimensional que as cordas precisam.
A equipe também pode ajustar a intensidade com que os átomos interagem. Quando mudaram as interações de repulsivas para atrativas, os átomos se ligaram. Em vez de colapsar em um único grupo, formaram estados ligados de vários tamanhos diferentes, e alguns dos aglomerados maiores continham seis ou mais partículas.
Colisões que deixam as cordas intactas
A parte difícil foi provar que as partículas estavam realmente ligadas. Um teste deixou as cordas se expandirem enquanto ainda confinadas em seus tubos. Ao se expandirem, as cordas se encontraram e colidiram, mas as estruturas ligadas sobreviveram. "Esta é uma característica notável das cordas: elas podem colidir sem se desfazer", disse a autora principal, Milena Horvath.
Um segundo teste removeu o confinamento e deixou os átomos se espalharem pelo espaço tridimensional. Como as cordas de Bethe existem apenas em uma dimensão, os estados ligados se desfizeram, e a energia que os mantinha se transformou em movimento. Os átomos então se espalharam mais rápido, e essa energia extra deu aos pesquisadores uma assinatura clara das cordas.
O grupo diz que o sistema oferece uma nova plataforma controlável para estudar física quântica de muitos corpos. Cordas de Bethe já haviam sido vistas antes em ímãs de estado sólido, mas átomos frios permitem aos pesquisadores ajustar geometria, densidade e intensidade de interação com alta precisão.