ATUALIZADA - Trio leva Nobel de Física com novos estados da matéria

SALVADOR NOGUEIRA

SÃO PAULO, SP (FOLHAPRESS) - O mundo do muito pequeno, regido pela mecânica quântica, não cansa de trazer surpresas. E, ao desenvolver técnicas capazes de desvendar a existência de novos e estranhos estados da matéria em condições extremas, um trio de pesquisadores dos Estados Unidos levou o Prêmio Nobel de Física de 2016.

Metade da bolada de 8 milhões de coroas suecas (pouco mais de R$ 3 milhões) foi para o britânico David J. Thouless, da Universidade Washington, em Seattle, e outra metade será dividida entre seus compatriotas Frederick Duncan M. Haldane, de Princeton, e John Michael Kosterliz, da Universidade Brown, em Providence.

A palavra-chave para a premiação foi "topologia", conceito matemático que descreve propriedades que só podem mudar em uma escala de passos inteiros. Por exemplo: ao descrever a forma de uma rosquinha e um pretzel, podemos dizer que a primeira tem um buraco e o segundo tem três. E essa descrição é topológica --não há como imaginar uma forma que tenha dois buracos e meio.

"Com a moderna topologia como ferramenta, os laureados deste ano apresentaram resultados surpreendentes, que abriram novos campos de pesquisa e levaram à criação de novos e importantes conceitos em diversas áreas da física", escreveu a comissão do Nobel ao justificar a premiação.

NOVAS FASES

As descobertas feitas pelos premiados avançaram nosso conhecimento além dos já famosos estados da matéria. Todo mundo está familiarizado com sólido, líquido e gasoso, e como os diferentes materiais podem ir de um estado a outro por meio das chamadas transição de fase.

Em casos de temperaturas mais altas, os elétrons associados aos núcleos atômicos se desprendem em meio ao gás, gerando um quarto estado da matéria, o plasma. O que acontece, porém, se avançamos na direção oposta, indo aos extremos de baixas temperaturas? Coisas estranhas aparecem conforme os efeitos quânticos passam a predominar e se manifestar sobre os materiais.

Em alguns casos, aparece a supercondutividade, fenômeno em que a eletricidade consegue fluir por um material sem resistência. Noutros, a superfluidez, quando a viscosidade desaparece por completo de um material. E, claro, entre esses novos estados da matéria há transições de fase --que não eram compreendidas até Thouless, Kosterlitz e Haldane entrarem com a aplicação da topologia.

Os dois primeiros começaram a trabalhar juntos no início da década de 1970, estudando teoricamente materiais bidimensionais --ou seja, extremamente finos, que tinham largura e comprimento, mas não profundidade.

Foi essa investigação que levou a um entendimento completamente novo das transições de fase, considerado uma das mais importantes descobertas na chamada física da matéria condensada. Não por acaso, esse efeito é chamado de transição Kosterlitz- Thouless.

Nos anos 1980, David Thouless e Duncan Haldane, de forma independente, aprofundaram a aplicação da topologia no estudo da matéria condensada, descobrindo que a teoria que explicava os efeitos quânticos em materiais sob campos magnéticos intensos e baixas temperaturas estava incompleta.

Seu trabalho foi fundamental para os desenvolvimentos que se seguiriam no estudo das novas e estranhas fases da matéria que a essa altura já foram observadas e confirmaram suas predições teóricas, como a de um efeito físico importantíssimo conhecido como efeito Hall quântico. Nele, os elétrons fluem relativamente livres na camada entre os semicondutores e formam algo que pode ser descrito como um fluido quântico topológico.

A pesquisa pode soar etérea, mas está na fronteira da tecnologia. Físicos hoje discutem as perspectivas para isolantes, supercondutores e metais topológicos, e suas propriedades devem ser úteis para a criação de dispositivos eletrônicos e até mesmo para computadores quânticos, que usam as propriedades fundamentais da matéria para processar informações.

CONJUNTO DA OBRA

De acordo com Jairo Rolim Lopes de Almeida, físico aposentado pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), os pesquisadores agraciados com o Nobel deste ano fizeram por merecer o prêmio, não só por seus trabalhos fundamentais no estudo de transições de fase, mas pelo conjunto da obra.

Almeida fala com conhecimento de causa: nos anos 1980, ele foi fazer o doutorado na Universidade de Birmingham, no Reino Unido, onde foi orientado primeiro por David Thouless, depois por Kosterlitz --dois dos três ganhadores.

"Tanto o Thouless quanto o Kosterlitz têm uma série de trabalhos em várias áreas", disse ele à Folha. "Depois de um ano que cheguei, Thouless foi para os EUA, e já naquela época ele era considerado um físico de classe Nobel. Já tinha essa nuvenzinha pairando sobre ele."

Sobre os trabalhos que justificaram o Nobel, envolvendo as transições de fase, eles realmente tiveram enorme impacto na física.

"Era um problema que os físicos estavam tentando desvendar havia algum tempo", diz Almeida. "Inclusive o [Richard] Feynman [famoso físico americano], que tentou e não conseguiu. Se não me engano, tem até uma brincadeira no livro-texto do Feynman de mecânica estatística em que ele apresenta aos alunos essa questão como dever de casa. 'Tente fazer isso e, se conseguir, publique', ele diz."

"Desde aquela época era uma questão muito interessante de física fundamental, e hoje essa área tem aplicações em problemas de interesses tecnológicos atuais."

outros prêmios

Em 2015, o Prêmio Nobel da Física foi concedido ao japonês Takaaki Kajita e ao canadense Arthur McDonald por terem mostrado que o neutrino tem massa, ao contrário do que se acreditava por muitos anos.

Neutrinos são partículas subatômicas sem carga elétrica --daí o seu nome. Se os neutrinos têm massa, isso significa que há uma interação gravitacional entre eles e o resto do Universo. Foi o que Kajita e McDonald, trabalhando em diferentes detectores de partículas, mostraram no fim da década de 1990 e começo dos anos 2000.

O Prêmio Nobel da Medicina ou Fisiologia deste ano foi para o japonês Yoshinori Ohsumi, 71, por causa de sua pesquisa sobre como a autofagia realmente funciona. Trata-se de uma função ligada ao reaproveitamento do "lixo celular" e também ligada a doenças. A falha do processo faz com que a célula não consiga se livrar de partes problemáticas, causando seu acúmulo e favorecendo o aparecimento de doenças como diabetes e câncer.

PRÊMIO NOBEL 2016

quarta (5.out) Química

Sexta (7.out) Paz

segunda (10.out) Economia

quinta (13.out) Literatura