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Físico catarinense participa da pesquisa da descoberta do quinto estado da matéria

O físico catarinense Germano Woehl Jr. participou de uma descoberta fundamental para a comunidade científica e para o mundo: a…

O físico catarinense Germano Woehl Jr. participou de uma descoberta fundamental para a comunidade científica e para o mundo: a de que há um quinto estado da matéria, além do sólido, líquido, gasoso e plasma. O Museu WEG não poderia deixar registrar o feito, que ganha uma conotação ainda mais especial, já que Woehl, nascido em Itaiópolis, é também morador de Jaraguá do Sul, nossa cidade-sede.

Divulgada recentemente, a descoberta foi publicada em primeira mão pela Revista Científica da Sociedade Americana de Física, que você pode conferir aqui. O novo estado físico da matéria é chamado de Polarons de Rydberg. Ele é criado em temperaturas extremamente baixas, quando um elétron orbita seu núcleo a uma distância tão grande que outros átomos cabem dessa órbita. A fraca ligação entre essas partículas forma os Polarons de Rydberg.

Ao criar átomos dentro de átomos, a nova pesquisa marca uma época empolgante para a física quântica. Na prática, a descoberta do quinto estado da matéria representará uma evolução tecnológica sem precedentes, por exemplo, com a criação de computadores quânticos. São equipamentos com uma capacidade de processamento tamanha que conseguem quebrar todas as senhas de computadores do mundo.

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Registro do experimento na Rice University, onde foi observado o novo estado da matéria

Germano nos concedeu o privilégio de uma entrevista exclusiva, que você confere a seguir:

Em que contexto se deu a descoberta e como aconteceu sua participação?

Foi durante meu estágio de pós-doutorado nos Estados Unidos, na Rice University, Houston, Texas. Eu ganhei uma bolsa do CNPq, do Programa de Pós-Doutorado no Exterior, para realizar este estágio nos laboratórios do professor Thomas Killian, que foi orientado por dois ganhadores do Prêmio Nobel da área, um deles no doutorado no MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto de Tecnologia de Massachusetts) e outro no pós-doutorado na Universidade do Colorado.

É difícil conseguir aceitação para fazer pós-doutorado em um grupo de pesquisa forte como este do prof. Killian. O que me favoreceu foi o fato de eu ter feito meu doutorado nesta área na UNICAMP e ter feito o mestrado na USP, Instituto de Física de São Carlos (IFSC), no grupo que tem um professor famoso nesta área, reconhecido internacionalmente. Então o prof. Killian telefonou para estes professores, da UNICAMP e da USP e eles deram boas referências sobre mim.
Na realização do meu estágio, o prof. Killian soube me encaixar muito bem na equipe. Ele percebeu que minha habilidade com a tecnologia de lasers e óptica era boa.

Então pediu para que eu desenvolvesse soluções para desacelerar e aprisionar os átomos com feixe de lasers para produzir o material quântico com um número maior de átomos e uma geometria especial com uma variação dinâmica de forma e intensidade do feixe de laser.

Tudo tinha que ser controlado por computador e este controle não poderia exigir muita memória, porque todo o experimento é automatizado e já estava no limite da capacidade do computador. Ele apontou os caminhos e desenvolvi com sucesso o sistema.

É importante destacar que estes conhecimentos sobre lasers e óptica foram adquiridos integralmente nas universidades brasileiras, na USP e na UNICAMP. Minha formação de pesquisador na área de física, com especialidade em tecnologia de lasers, é 100% brasileira.

Estavam trabalhando há quanto tempo na pesquisa?

Meu pós-doutorado na Rice University foi de quase dois anos. O prof. Killian tem três experimentos completos para desacelerar átomos e obter o material quântico, cujas propriedades estão sendo pesquisadas. Eles pesquisam na fronteira do conhecimento humano e procuram desvendar mais segredos do comportamento dos átomos.

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Germano Woehl Jr no laboratório de pesquisa do Instituto de Estudos Avançados, Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da FAB, em São José dos Campos (SP)

Na sua opinião, qual impacto desta descoberta para a ciência e para o mundo?

O impacto de novas descoberta da ciência demoram um pouco para chegar em nossas casas. Einstein já era muito famoso quando publicou em 1919 seus estudos teóricos sobre as duas formas do átomo perder energia: uma delas é o elétron decair espontaneamente para um nível de menor energia emitindo um fóton (luz) e outra forma é um fóton estimular o decaimento deste elétron e o átomo emitir outro fóton com características idênticas (processo chamado de emissão estimulada).

Então, os jornalistas queriam explicar para a população a importância desta descoberta (teórica) de Einstein e perguntavam para os físicos qual a aplicação disso no dia a dia das pessoas. Até os anos 60, quando o Laser foi inventado (cujo princípio é a emissão estimulada dos átomos), durante 40 anos, os físicos respondiam aos jornalistas: nenhuma. Analisem o impacto das aplicações dos Lasers, dos LEDs, que funcionam conforme a teoria prevista por Einstein em 1919.

Foi justamente o laser que possibilitou parar os átomos e levá-los a temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 °C ou zero Kelvin). Nesta temperatura, a distribuição dos átomos colapsa abruptamente, ou seja, os átomos se condensam e passam a ocupar menos espaço.

Nestas condições, a matéria exibe um comportamento regido pelas leis da mecânica quântica e obtemos então o chamado “material quântico”, um tipo de material com propriedades mágicas, que o homem nunca sonhou em colocar as mãos.

Foi Einstein que previu esta condensação abrupta em temperaturas próximas do zero absoluto, denominada de condensação de Bose-Einstein.

Este fenômeno da condensação de Bose-Einstein só foi possível observar em laboratório em 1997, nos Estados Unidos. Os físicos que conseguiram isso, da Universidade do Colorado e do MIT, ganharam o Prêmio Nobel três anos mais tarde, em 2000. Até agora, somente 45 laboratórios do mundo conseguiram observar o fenômeno. O IFSC da USP de São Carlos conseguiu em 2004.

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Detalhe da câmara de ultra-alto vácuo, onde os átomos são desacelerados com feixe de laser até ficarem na temperatura próxima de -273,15 °C

Nos laboratórios do prof. Killian, na Rice University, eles estão um passo à frente, já dominam bem a técnica de obter o material quântico e estão pesquisando suas propriedades.

Como é um assunto na fronteira do conhecimento, estas pesquisas experimentais precisam de suporte dos físicos teóricos. Porque não tem teoria ainda. Por isso, nesta descoberta do novo estado da matéria, foi muito importante o trabalho teórico dos físicos da Universidade de Harvard e da Universidade de Tecnologia de Viena, Áustria, onde foi utilizado um supercomputador nos cálculos numéricos para direcionar o experimento.

Conforme as notas à imprensa das Universidades de Harvard e Rice, essa descoberta pode abrir caminho para entender melhor as ligações químicas e a inovação de novos materiais, com os supercondutores a temperatura ambiente, que conduzem eletricidade sem perdas.

Obter estes materiais é o grande sonho da humanidade. Os melhores condutores de eletricidade, metais de cobre e alumínio, perdem por calor parte da energia conduzida. Estas perdas são consideráveis. Por exemplo, cerca de 30% da energia gerada por Itaipu é perdida na transmissão para os centros consumidores no Sudeste. Com materiais supercondutores não teria esta perda.

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O que seria da Ciência sem os inventores!?

Feijão sem arroz, café sem leite, circo sem palhaço, vitrola sem som. Tem coisas que é difícil imaginar dissociadas. Pensa…

Feijão sem arroz, café sem leite, circo sem palhaço, vitrola sem som. Tem coisas que é difícil imaginar dissociadas. Pensa então o que seria da Ciência sem os inventores? Não tem sentido, não é mesmo? Afinal, a ciência é fonte de descobertas incríveis e de invenções revolucionárias.

Hoje, comemora-se o Dia do Inventor no Brasil. Mas você sabe o que é invenção? Por definição, ela é o ato de criar uma nova tecnologia, processo ou objeto, ou aperfeiçoá-los. É diferente de descoberta, situação em que um novo conhecimento pode ser adquirido ao acaso, sem um esforço direcionado.

Assim, o inventor é quem pesquisa. A invenção geralmente está ligada à resolução de um problema prático. É resultado de uma atividade tecnológica e a motivação costuma ser técnica.

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Quer um exemplo prático?

A eletricidade foi uma das principais invenções da humanidade. Sua história começa no início do século VI a.c., na Grécia Antiga, quando o filósofo Thales de Mileto descobriu uma resina fóssil petrificada chamada âmbar, ou elektron em grego.

Ao esfregar sobre a pele e lã de animais, Thales observou que o âmbar atraía objetos leves como palhas e fragmentos de madeira. A partir daí, iniciaram os estudos sobre a eletrificação e eletricidade, resultando em incontáveis invenções que foram sendo aperfeiçoadas e estão presentes no nosso dia a dia.

Quer saber mais sobre eletricidade? Faça um tour virtual pelo nosso site e saiba o que te espera no Museu WEG.