A questão do quinto estado da matéria permanece um tópico de considerável debate na comunidade científica, mas, segundo alguns acadêmicos, o condensado de Bose-Einstein se destaca como uma possibilidade.
O condensado de Bose-Einstein é definido como o quinto estado da matéria. Este estado peculiar foi concebido por meio da intervenção humana, envolvendo a manipulação de átomos até que atinjam o extremo de temperatura zero, medido em graus Kelvin (o equivalente a -273,15 °C). Os mentores por trás dessa conquista científica foram os notáveis cientistas Satyendra Nath Bose e Albert Einstein.
Quando o quinto estado da matéria atinge uma temperatura em que os átomos mal conseguem se mover, sua energia diminui substancialmente. Nesse ponto, os átomos desse estado começam a aglomerar-se e a ocupar os mesmos níveis de energia.
Do ponto de vista físico, esses átomos se assemelham de forma notável, agindo como um colossal átomo coletivo. Apesar de ser aclamado como o quinto estado da matéria por muitos, o condensado de Bose-Einstein é um estado que somente emerge com intervenção humana.
Geração do quinto estado da matéria
Para criar o condensado de Bose-Einstein, o quinto estado da matéria, é preciso iniciar com uma nuvem dispersa de gás, sendo que, frequentemente, se utilizam átomos de rubídio. Subsequentemente, esses átomos são resfriados por meio do uso de lasers, que retiram energia deles. Uma vez que estão adequadamente resfriados, cientistas empregam o resfriamento evaporativo, e os átomos passam a compartilhar o mesmo estado quântico, tornando-se indistinguíveis uns dos outros. Nesse ponto, eles começam a aderir às estatísticas de Bose-Einstein, normalmente utilizadas para partículas que não podem ser diferenciadas, como os fótons.
Descoberta e teoria do condensado de Bose-Einstein
Primeiramente, foi o cientista Satyendra Nath Bose (1894-1974) quem concebeu o quinto estado da matéria. O qual também recebeu o reconhecimento científico por descobrir a partícula subatômica que leva seu nome, o bóson.
Trabalhando com mecânica quântica, Bose compartilhou suas concepções com Albert Einstein, que prontamente percebeu a importância dessas ideias e as publicou. Einstein compreendeu que a matemática de Bose poderia ser aplicada a átomos. Assim posteriormente a mesma recebeu o título de estatística de Bose-Einstein.
A descoberta de ambos se resume ao fato de que cada átomo precisa possuir uma quantidade específica de energia. A mecânica quântica fundamentalmente postula que a energia de um átomo ou outra partícula subatômica não pode ser arbitrária, sendo essa uma das razões pelas quais os átomos no condensado de Bose-Einstein se comportam como superátomos.
O quinto estado da matéria, idealizado por Bose e Einstein, rompe a regra que proíbe átomos de ocupar o mesmo espaço simultaneamente, uma vez que todos os átomos que compõem o condensado de Bose-Einstein se convertem em um único e vasto átomo.
Apesar da teoria sobre o quinto estado da matéria já existir por muitos anos, a sua realização prática só ocorreu em 1995, quando Eric A. Cornell e Carl E. Wieman, no Joint Institute for Lab Astrophysics (JILA) em Boulder, Colorado, e Wolfgang Ketterle, do Massachusetts Institute of Technology, conseguiram produzir o condensado de Bose-Einstein.
Em 2018, cientistas criaram, no espaço, o primeiro condensado de Bose-Einstein. A experiência ocorreu na Estação Espacial Internacional, onde cientistas reduziram a temperatura de uma nuvem de átomos de rubídio até atingir o zero absoluto em graus Kelvin, tornando-o o objeto mais frio registrado no espaço até o presente momento.
Estados da matéria
O quinto estado da matéria integra um seleto grupo de formas de matéria que os cientistas reconhecem no universo e, diferentemente dos estados naturais, não ocorre sem a intervenção humana.
Os estados de matéria mais tradicionalmente conhecidos são o sólido, líquido e gasoso.
Contudo, existe um quarto estado: o plasma, que não é comum na Terra. Mas que encontra-se em abundância em outros locais do universo. Isso se deve ao fato de que as estrelas, em sua essência, se constituem de plasma, composto por partículas com muita energia cinética. Frequentemente, utiliza-se gases nobres, tais como hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio e rádon para criar o estado de plasma através da ionização por eletricidade.
Novos estados de matéria e pesquisas
Considera-se amplamente o condensado de Bose-Einstein como o quinto estado da matéria, embora alguns estudiosos continuem a explorar outros estados. Portanto, há discussões acerca de se deveria haver mais de um quinto estado da matéria, além dos quatro estados predominantes: plasma, sólido, líquido e gasoso.
A classificação de qual é o quinto, sexto ou sétimo estado da matéria não é o cerne da questão mais importante. A verdadeira ênfase repousa na descoberta de novos estados de matéria por parte dos cientistas. Por exemplo, uma pesquisa publicada na revista PNAS identificou um estado intermediário entre o líquido e o sólido, onde o vidro assume características de um tipo de plasma.
Outros estudos conduzidos pelo físico Dr. Melvin Vopson buscam estabelecer a informação como o quinto estado da matéria. Segundo esse pesquisador, todo objeto no universo contém informações sobre si mesmo, da mesma forma que os seres humanos carregam informações em seus DNAs. Essa teoria, de acordo com seus estudos, não contraria os princípios da mecânica quântica, termodinâmica ou mecânica clássica. Mas, em vez disso, amplia a compreensão da física com uma perspectiva inovadora.[Via]