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Físicos da universidade irlandesa Trinity College Dublin propuseram uma nova maneira de medir a temperatura de gases ultrafrios: um termômetro quântico que pode medir com precisão temperaturas um bilhão de vezes mais frias do que as do espaço sideral.

Segundo explicam no estudo publicado na revista Physical Review Letters, as temperaturas super baixas surgem em nuvens de átomos, conhecidas como gases de Fermi, geradas pelos cientistas para estudar como a matéria se comporta numa condição extrema de temperatura.

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Para explicar o que são esses gases ultrafrios, o professor John Goold relembra que a principal teoria utilizadas pelos físicos para analisar um gás é a mecânica estatística, desenvolvida ainda no século XIX a partir dos trabalhos de Maxwell e Boltzmann. Ela basicamente diz que fenômenos como pressão e temperatura têm a ver com a movimentação dos átomos.

Já no século XX, a mecânica quântica tornou possível predizer que um átomo sozinho adquire características de onda, dessa maneira pode haver uma combinação com outros átomos abaixo da temperatura crítica e formar uma onda com características exóticas. Segundo o estudioso, os gases ultrafrios são criados em laboratórios ao redor do mundo todo. Eles têm a função de desde testar teorias da física até detectar ondas gravitacionais.

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A natureza dos férmions faz com que seja impossível usar meios convencionais para medir a temperatura do gás. Imagem: iStock

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Gases de Fermi

Todas as partículas do universo são de dois tipos possíveis: bósons e férmions. Essas partículas se comportam de maneira diferente. Enquanto os bósons se juntam a baixas temperaturas, os férmions fazem com que seja difícil medir a sua temperatura. O Dr. Mark Mitchison, um dos autores da pesquisa, diz que as temperaturas de um gás ultrafrio geralmente são medidas de acordo com a sua densidade, já que a baixas temperaturas o gás não tem energia para expandir. Entretanto, os férmions estão sempre separados, fazendo que a análise da densidade não diga nada a partir de certo ponto.

A ideia de um termômetro quântico começa com a mistura de átomos diferentes nos gases de Fermi. A colisão de átomos que se comportam de maneiras diferentes pode ajudar a coletar informações sobre a temperatura.

Isso acontece porque a interação de um átomo diferente das partículas que compõem um gás de Fermi é extremamente sensível à temperatura. Ou seja, em vez de tomar a densidade como uma variável para medir a temperatura, é medida a interação dos átomos com as partículas.

O funcionamento é análogo a um termômetro convencional, que mede a temperatura de um corpo a partir da expansão do mercúrio em um tubo, mas no caso do termômetro quântico o que é medido é o estado de átomos soltos no emaranhado de um gás quântico.

Ainda segundo os físicos,o que eles propõem pode ser implementado em qualquer laboratório de física atômica moderna. Entre as várias tecnologias quânticas que estão surgindo, o termômetro quântico tem o potencial de causar um impacto imediato nas pesquisas da área.

 

Fonte: Phys