Vamos iniciar pelo título, que contém os termos "supersólido" e "condensado de polariton".
Condensado faz referência a Condensado de Bose Einstein, que é um fenômeno quântico que descreve a tendência dos chamados bósons [1] de ocuparem o mesmo estado físico (no caso o estado fundamental). A formação de um Condensado de Bose-Einstein ocorre quando a temperatura atinge um valor crítico, que depende da densidade e da massa das partículas que formam o condensado [2]. Para condensados formados por átomos, a temperatura é muita baixa, no caso do primeiro condensado obtido experimentalmente com átomos de Rubídio, a temperatura críica é cerca de $ 170 \times 10^{-9 } K$.
O termo polariton, faz referência a uma quase-partícula [3,4] e surge devido a um processo de interação entre a luz (no caso do artigo pulsos de laser) e o meio material (no caso do artigo arsenieto de gálio e alumínio que é um material semicondutor), não sendo igual a um fóton usual (podemos pensar no poláriton como um foton com massa efetiva diferente de zero). Desta forma "condensado de polaritons" significa que foi formado um estado físico no qual os poláritons ocupam o estado fundamental de forma coerente.
O termo supersólido faz referência a propriedade do material seus constituintes formam uma rede cristalina e ao mesmo tempo se comportar como um superfluído (material com viscosidade zero). Este tipo de fase da matéria foi proposta no artigo Speculations on Bose-Einstein Condensation and Quantum Crystals [1]publicado em 1970 na revista Physical Review sendo comprovada experimentalmente de forma convincente apenas em 2017 e em sistemas em temperaturas extremamente baixas. A formação de um supersólido é uma decorrência de efeitos da mecânica quântica em um sistema de muitos corpos, portanto ela somente ocorre em situações bem específicas. Então, não é um sólido usual como um pedaço de pedra ou metal.
A formação do supersólido de condensado de poláritons ocorreu de acordo com a descrição do artigo, quando o número de fótons dentro da região ultrapassou um valor crítico. Uma descrição pictorica da formação do supersólido é apresentada em A supersolid made using photons , fazendo uma analogia com um teatro e suas cadeiras. O melhor local para observar o ato é na primeira fileira na cadeira central, que representaria o estado fundamental. O teatro representaria o material semicondutor. Os fótons ao serem introduzido no teatro , tendem a procurar a primeira fileira e a cadeira central. Aumentado o número de fótons no teatro, a cadeira central começa a ficar cheia (lembre que os fótons são bosons). Mas o número de fótons não pode aumentar indefinidamente na cadeira central, de forma que a partir de um certo valor, o sistema redistribui os fótons nas cadeiras vizinhas, mas de forma simétrica (digamos uma para a caderia do lado direito e outra para uma cadeira a esquerda) formando condensado satélites ao primeiro condensado (na cadeira central) sendo esta distribução s que forma o supersólido.
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| Figura 1 Ilustração da formação do supersólido Fonte |
Assim, o artigo demonstra a formação de um supersólido, mas apesar de ser formado de fótons, deve ser considerado como uma quase-partícula o poláritom, e não o fóton usual (quem tiver interesse, um texto interessante sobre poláritons, ver Polariton condensates publicado na revista Physics Today 63(8) 42-47 , 2010) e não um sólido usual. O interessante é que como a temperatura crítica para formar o condensado é invesamente proporcional a massa, como a massa do polariton é bem menor que a o átomo de Rubídio, o condesando (e portanto o supersólido) pode ser obtido em temperaturas mais altas.
E para finalizar por não ter viscosidade, ser atingido por um supersólido não seria semelhante a ser atingido por um sólido comum. Desta forma um "sabre de luz" de supersólido não seria uma espada útil em uma luta com Darth Vader.
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| Figura 2. Um sabre de luz de supersolido de poláritons não seria muito útil. |
Notas
[1] Na natureza atualmente conhecemos dois tipos de partículas, os bósons e os férmions. Uma característica que diferencia um bóson de um férmion é que podemos ter mais de um bóson com o mesmo estado físico e no caso do férmion não podemos. O que diferencia um bósob de um férmion é o seu spin. Bósons possuem spin inteiro (ou zero) e férmions possuem spin semi-inteiro (1/2,3/2, 5/2 etc) . O elétron. prótorn e o neutrons são exemplos de férmions e o fóton um exemplo de bóson. Sistemas compostos, também podem se comportar como bósons ou férmions, isto quer dizer que um átomo que é composto de férmions, dependendo da configuração pode se comportar como férmion ou um bóson.
[2] Os condensado de Bose Einstein obtidos inicialmente foram com átomos de Rubídio (considerando o spin total do Rubídio, o resultado é um spin inteiro). O video a seguir ilustra a formação de um Condensado de Bose Einstein
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/transcoded/d/d9/Bose-Einstein_Condensation.ogv/Bose-Einstein_Condensation.ogv.720p.vp9.webm
A temperatura crítica é dada por
$ T_C=\frac{A}{m} \left( \frac{N}{V}\right)^{2/3} $
seno $A, m, N. V$ uma constante, a massa, o número de partículas e o volume ocupado pelas partículas, respectivamente. Desta forma quanto maior a massa menor a temperatura crítica para ocorre a formação do Condensado de Bose-Einstein. No caso do átomo de Rubídio, esta temperatura é cerca de $170 \times 10 ^{-9} K$ .
[3] Uma analogia que permite entender o que é uma quase-partícula é a OLA nos jogos de futebol. O movimento coletivo dos torcedores de forma sincronizada, passa a impressão de propagação de uma onda pelas arquibancadas. A figura 2 ilustra esta situação.
[4] Para um introdução sobre Polariton, ver Polariton condensates publicado na revista Physics Today.
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