de Bob Yirka, maio de 2020
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Heidelberg obteve sucesso em construir um aparato que lhes permitiu observar cristais de Pauli pela primeira vez. Eles escreveram um artigo descrevendo seus esforços e o arquivaram no servidor do arXiv.
O princípio de exclusão de Pauli é bem simples: afirma que dois fermions não podem ter o mesmo número quântico. Mas como com muitos princípios na Física, esta simples afirmativa teve um impacto profundo na mecânica quântica. Observando o princípio mais de perto revela que também sugere que dois fermions não podem ocupar o mesmo estado quãntico. E isso significa que elétrons devem ter órbitas diferentes em torno de um núcleo, e por extensão, explica porque os átomos têm volume. Este entendimento da auto organização dos fermions levou a outras descobertas, por exemplo, que eles deveriam formar cristais com uma geometria específica, que agora são chamados de cristais de Pauli. Quando esta observação foi feita, era entendido que tal formação de cristais poderia acontecer apenas em condições únicas. Neste novo esforço, os pesquisadores solucionaram as circunstâncias e, assim o fazendo, construiram um aparato que os permitiu observar cristais de Pauli pela primeira vez.
O trabalho incluiu uma configuração que incluia lasers que eram capazes de prender uma nuvem de átomos de lítio-6 super resfriados ao seu estado de energia mais baixo, forçando-os a aderir ao princípio de exclusão, em uma camada de espessura de um átomo. A equipe então utilizou uma técnica que lhes permitiu fotografar os átomos quando estavam em um particular estado, e apenas esses átomos. Eles então utilizaram a câmera para tirar 20000 fotos, mas usaram apenas aquelas que mostravam o número correto de átomos, indicando que eles estavam aderindo ao princípio de exclusão de Pauli. Então, a equipe tratou as imagens restantes para retirar o impacto do momento na nuvem de átomos, as rotacionou conformemente, e então superpôs milhares delas, revelando a distribuição de momento dos átomos individuais, que era o ponto no qual estruturas cristalinas começaram a aparecer nas fotografias, como proposto pela teoria. Os pesquisadores notaram que sua técnica também pode ser utilizada para estudar outros efeitos relacionados a gases baseados em fermions.
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