Físicos descobriram novas evidências de um fenômeno quântico previsto em 1931 pelo físico Hans Bethe: a formação de aglomerados de átomos que se comportam como um todo único, denominados fios de Bethe.
Para estudar esse fenômeno, a equipe resfriou átomos de césio a temperaturas próximas ao zero absoluto e os restringiu em tubos extremamente estreitos. As medições mostraram a presença de aglomerados contendo no mínimo seis átomos, mas ainda não provam definitivamente a existência dessas estruturas.
A previsão de Bethe surgiu de pesquisas sobre o comportamento quântico de sistemas físicos e sua relação com o magnetismo. Seus cálculos sugeriam que as partículas poderiam formar grupos com propriedades coletivas, o que mais tarde se tornou objeto de estudo em sistemas atômicos.
Para testar essa hipótese, os pesquisadores trabalharam com dezenas de milhares de átomos de césio resfriados quase até o zero absoluto. Nessas condições, eles criaram um condensado de Bose-Einstein — um estado no qual as partículas compartilham o mesmo estado quântico.
Feixes de laser dividiram o material em milhares de tubos estreitos, nos quais os átomos se alinharam em fila. A equipe também ajustou a interação entre as partículas usando um campo magnético, criando condições favoráveis à formação de aglomerados ligados.
Essa configuração permitiu estudar o comportamento dos átomos em uma dimensão, impedindo que eles passassem um através do outro. Hans-Christoph Nägerl, físico da Universidade de Innsbruck e coautor do estudo, comparou esse arranjo a um colar de contas: os átomos se alinham como contas em um fio.
Os pesquisadores não observaram os fios de Bethe diretamente. Em vez disso, estudaram sinais de sua presença, comparando a energia liberada pelos átomos durante a expansão em diferentes condições.
Quando o movimento foi restrito aos tubos, os aglomerados permaneceram ligados. No entanto, a expansão em três dimensões levava à desintegração dessas estruturas, liberando energia na forma de movimento. A diferença entre essas duas situações forneceu pistas sobre a força das ligações entre os átomos.
As medições mostraram uma quantidade de energia aproximadamente três vezes maior durante a expansão tridimensional. Os dados indicavam aglomerados de pelo menos seis átomos e eram consistentes com as previsões do modelo teórico. No entanto, esta é uma evidência indireta: o resultado não equivale a uma observação inequívoca das estruturas.
O experimento também enfrentou limitações. Os aglomerados podem existir por pouco tempo antes de se desintegrar e formar moléculas de césio comuns. Em tentativas realizadas nas temperaturas mais baixas, a equipe perdeu cerca de 40% dos átomos.
Em entrevista ao Live Science, Nägerl enfatizou a necessidade de cautela na interpretação dos resultados: «O fato de a teoria corresponder aos seus dados não é prova de que algo existe».
Entre os aspectos centrais da pesquisa: o estudo publicado na revista Nature Communications adiciona evidências ao estudo dos fios de Bethe, mas deixa em aberto a questão fundamental: demonstrar diretamente que os aglomerados previstos pela teoria se formam e persistem sob condições observáveis.