Metal estranho revela entrelaçamento quântico recorde em cristal a 1,73 tesla

Os efeitos quânticos, em regra, não passam de fenómenos minúsculos. Os físicos costumam observá‑los em átomos isolados ou em partículas únicas, mantidas em condições laboratoriais muito controladas, para que o calor e as vibrações não apaguem os sinais.

Por isso, quando um pedaço de metal pequeno o suficiente para caber entre dois dedos começou a comportar‑se como se incontáveis partículas estivessem interligadas, a equipa percebeu de imediato que tinha algo fora do comum entre mãos.

Arrefecido até um pouco acima do zero absoluto, o material exibiu um dos indícios mais fortes de entrelaçamento quântico alguma vez medidos num sólido.

O metal que deixou os físicos intrigados

Os metais comuns obedecem a uma regra simples: ao arrefecer, a resistência elétrica diminui de forma previsível, descrevendo uma curva definida pelo quadrado da temperatura.

Existe, porém, um pequeno grupo de materiais que ignora por completo esse padrão. Neles, a resistência desce em linha reta à medida que a temperatura baixa.

A estes materiais, os físicos chamam metais estranhos. Foram identificados pela primeira vez em supercondutores de alta temperatura e, desde então, apareceram em muitos outros sistemas, como descreve uma revisão recente.

O que está por detrás deste comportamento continuava sem explicação clara. Uma hipótese forte aponta para a blindagem de Kondo: o modo como os eletrões itinerantes costumam “encobrir” os momentos magnéticos ancorados nos átomos do metal.

Quando essa blindagem colapsa num ponto de viragem, entra em cena uma física mais insólita.

Medir ligações quânticas escondidas

Detetar ligações quânticas no interior de um sólido é, por natureza, complicado. Não é possível separar os átomos e verificá‑los um a um, pelo que a equipa recorreu a uma ferramenta vinda da metrologia de ultra‑alta precisão.

A ideia, apesar do nome, é direta: mede o quanto um material “resiste” quando é ligeiramente perturbado, sabendo‑se que partículas independentes só conseguem reagir até certo limite.

A física Silke Paschen, da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien), que lidera a equipa, conhece bem esse teto.

“Se as partículas estiverem entrelaçadas, todo o sistema pode responder de forma mais forte do que a soma das suas partes individuais”, afirmou.

O entrelaçamento quântico eleva esse limite precisamente por unir as partículas numa resposta coletiva.

Levar o cristal ao limite

Para a amostra, os investigadores fizeram crescer um cristal de cério, paládio e silício, com menos de 1,3 cm de diâmetro, mas contendo incontáveis átomos.

Trabalhos anteriores já o tinham assinalado como metal estranho e mostravam que um íman consegue levá‑lo a um ponto de viragem muito marcado.

Federico Mazza, doutorando na TU Wien, transportou a amostra para uma instalação de feixe de neutrões em Grenoble, França.

Através de espalhamento de neutrões, disparou neutrões contra o cristal e deduziu o seu movimento interno a partir da forma como o feixe era desviado.

As condições experimentais foram exigentes. Mazza arrefeceu o cristal até um fio acima do zero absoluto - mais frio do que o espaço profundo - e colocou‑o num campo magnético ajustado exatamente para 1,73 tesla.

Esse é o limiar preciso em que a “capa” eletrónica do metal deixa de funcionar.

Um sinal quântico impressionante

À medida que a amostra arrefecia, a resposta ao feixe aumentou - e continuou a aumentar. No ponto mais frio do ensaio, o sinal medido tinha crescido quase 40 vezes, sem qualquer indício de saturação.

Era este aumento descontrolado que a equipa procurava. Quanto mais forte a resposta, maior o número de partículas que têm de estar presas num único estado partilhado - aqui, muitas delas.

Ao tratar os dados, os valores indicam pelo menos nove partículas a partilhar um estado entrelaçado.

O número real é, quase de certeza, superior, porque o método fornece apenas um limite inferior. Ninguém tinha medido um entrelaçamento tão profundo num pedaço de material com esta dimensão.

Quando a teoria encontra a experiência

Medições, por si só, podem induzir em erro; por isso, a equipa comparou os resultados com simulações computacionais da mesma transição.

A matemática reproduziu a mesma subida, sempre a crescer e sem nivelar, num modelo concebido para ser deliberadamente diferente do cristal real.

A concordância entre dois cenários tão distintos sugere que o aumento é uma característica geral destas transições, e não uma particularidade de um único material. Um estudo independente já tinha previsto esta intensificação nas proximidades de um ponto crítico deste tipo.

A correspondência também aponta para uma causa. Quando a blindagem eletrónica se desfaz no ponto de viragem, as partículas “bem comportadas” que normalmente transportam eletricidade parecem dissolver‑se em algo mais difuso - e, no lugar delas, forma‑se uma rede densa de ligações quânticas partilhadas.

Descoberta quântica de escala recorde

Muitos materiais mostram indícios de entrelaçamento perto destas transições. Este caso destaca‑se pela escala: segundo os investigadores, é o entrelaçamento mais profundo observado até hoje em qualquer material quântico.

Trabalhos anteriores já tinham apanhado metais estranhos a comportarem‑se de forma anómala, incluindo saltos abruptos na forma como os seus eletrões são contabilizados e correntes elétricas invulgarmente silenciosas, como registou um artigo muito citado. A nova medição junta‑se a essa lista de enigmas.

Uma das partes mais “limpas” do resultado veio do local onde a equipa mediu. Os investigadores sondaram uma região longe do alinhamento do magnetismo do cristal.

Assim, a ordem magnética comum não pôde contaminar o sinal, deixando uma assinatura pura do ponto de viragem.

O próximo desafio do entrelaçamento quântico

Até agora, nunca tinha sido possível fixar um entrelaçamento quântico tão profundo num metal maciço que se pode segurar na mão.

Agora foi - com um valor numérico associado e uma causa plausível por trás. Isso dá aos físicos uma nova via para abordar um mistério antigo.

A mesma abordagem pode ser aplicada a outros metais estranhos e a supercondutores de alta temperatura para testar se esta teia escondida é o traço comum que os liga.

Há também um lado prático. Materiais com um entrelaçamento tão rico são exatamente o que os sensores quânticos procuram.

Um sistema que reage com tamanha força a uma perturbação mínima consegue detetar sinais que outros não veem. Um problema teimoso de laboratório pode acabar por afinar medições de alta precisão.