Anéis de Alice: Nova pesquisa lança luz sobre os enigmas magnéticos

Estranhos laços na estrutura da realidade foram finalmente testemunhados formando-se num gás superfrio, proporcionando aos físicos a oportunidade de estudar o comportamento de um tipo bastante peculiar de magnetismo unilateral.

Conhecidos como ‘anéis de Alice’ em homenagem à fama de Alice do ‘País das Maravilhas’, as estruturas circulares foram observadas por uma colaboração entre pesquisadores dos EUA e da Finlândia que já possui uma longa lista de descobertas sobre as distorções em campos quânticos conhecidos como monopolos topológicos.

O equivalente isolado de um polo em um ímã, os monopolos realmente soam como algo que Alice teria visto em sua caça ao coelho branco. Cortar um ímã ao meio não conseguirá separar o norte do sul, mas os monopolos podem, teoricamente, surgir na maquinaria quântica que dá origem a várias forças e partículas.

Uma versão do monopolo assume a forma de uma partícula elementar, uma versão que desafiou todas as tentativas de identificação e permanece, por enquanto, puramente hipotética.

No entanto, os monopolos podem surgir noutros contextos. A espuma de vários campos quânticos pode dar origem ao seu próprio estilo de magnetismo unilateral à medida que eles giram, puxando o seu entorno para dar origem a anomalias de curta duração que se destacam por uma fração de momento antes de desaparecerem na agitação mais uma vez.

Como membro da ‘Monopole Collaboration’ da Universidade de Aalto, na Finlândia, o físico Mikko Möttönen está intimamente familiarizado com toda uma variedade de redemoinhos, cordas e emaranhados que podem surgir na trama de um tecido quântico.

Em 2015, apenas um ano depois de provar a existência de um monopolo topológico , Möttönen e seus colegas conseguiram triunfantemente observar um isoladamente pela primeira vez em um estado ultrafrio de átomos de rubídio chamado condensado de Bose-Einstein.

“Somos os únicos que conseguimos criar monopolos topológicos em campos quânticos”, explicou Möttönen ao ScienceAlert.

“Depois de criá-los, levou algum tempo para estudarmos também os nós quânticos e os skyrmions antes de observarmos de perto o que acontece com o monopolo topológico logo após ele ter sido criado.”

Menos de dois anos após a sua observação inicial, a colaboração fez uma descoberta surpreendente – os monopolos poderiam decair para outros tipos.

Nesta última investigação, os investigadores observaram novamente um monopolo topológico fundir-se em outra coisa, só que desta vez o resultado final foi mais como uma pequena porta para o País das Maravilhas – estruturas chamadas cordas de Alice.

As cordas de Alice estão intimamente associadas aos monopolos, torcendo-se em pólos magnéticos unilaterais sempre que se fecham em loops. E esses laços de cordas de Alice são conhecidos como anéis de Alice.

No entanto, embora os monopolos típicos possam durar alguns milésimos de segundo, os anéis de Alice duram mais de 80 milissegundos – cerca de 20 vezes mais.

“À distância, o anel de Alice parece apenas um monopolo, mas o mundo assume uma forma diferente quando olhamos através do centro do anel”, diz David Hall, físico do Amherst College, nos EUA.

Como o próprio espelho de Alice, passar pelo estranho loop magnético no campo quântico de um BEC pode virar tudo de cabeça para baixo. Outros monopolos que caem tornam-se invertidos em suas versões espelhadas, virando o anel para o seu oposto à medida que deslizam.

Embora a equipe ainda não tenha observado essa inversão experimentalmente, avistar a formação do anel no decaimento de um monopolo topológico é um progresso emocionante.

A nível prático, só podemos especular como a descoberta poderá ser aplicada. Mas quanto mais aprendermos sobre a natureza instável dos campos quânticos, melhor seremos capazes de mapear as suas águas e compreender verdades mais profundas da realidade.

“Primeiramente, esta criação dos anéis de Alice é de fundamental importância”, disse Möttönen ao ScienceAlert.

“Ele lança luz e inspiração para a busca dos constituintes mais profundos do Universo, da matéria e da informação.”