Quando um metal se aproxima da temperatura do zero absoluto, seus átomos perdem quase toda a energia e param de vibrar. Nesse estado extremo, a matéria exibe comportamentos quânticos bizarros, como a supercondutividade, onde a eletricidade flui sem nenhuma resistência.
O que é exatamente o zero absoluto?
O zero absoluto é a temperatura mais baixa teoricamente possível no universo, definida como 0 Kelvin ou -273,15 graus Celsius. Neste ponto, de acordo com as leis da termodinâmica, a entropia de um sistema atinge seu valor mínimo e as partículas constituintes da matéria cessam completamente seu movimento vibratório.
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Este conceito fundamental da física foi estabelecido por Lord Kelvin e representa um limite que, na prática, é inatingível. No entanto, cientistas em laboratórios conseguem chegar a frações de grau acima dele, o que já é suficiente para observar fenômenos quânticos extraordinários.
Como o comportamento dos elétrons muda radicalmente?
À medida que um metal esfria perto do zero absoluto, o comportamento dos elétrons deixa de ser governado pela física clássica e passa a ser dominado pela mecânica quântica. A agitação térmica, que causa colisões e resistência elétrica, desaparece. Os elétrons começam a se comportar de maneira coletiva e ordenada.
Em vez de se moverem como partículas individuais e caóticas, eles podem se agrupar em pares (chamados de pares de Cooper) e se mover através da rede cristalina do metal sem interagir com ela. Essa fluidez perfeita é a base para o fenômeno da supercondutividade, uma das transformações mais impressionantes da matéria.
A supercondutividade é o efeito mais famoso
A supercondutividade foi descoberta em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes ao resfriar mercúrio. Ele observou que, abaixo de uma certa temperatura crítica, a resistência elétrica do metal simplesmente desaparecia. Isso significa que uma corrente elétrica iniciada em um anel supercondutor poderia, teoricamente, fluir para sempre.
Este estado permite a condução de eletricidade com 100% de eficiência, sem perda de energia na forma de calor. Além disso, os supercondutores também exibem o efeito Meissner, onde eles expelem campos magnéticos, permitindo que um ímã levite sobre sua superfície, uma propriedade usada em trens de levitação magnética (maglev).
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O metal pode se tornar um novo estado da matéria?
Sim, em condições ainda mais extremas, alguns metais podem formar um quinto estado da matéria, o Condensado de Bose-Einstein. Previsto por Satyendra Nath Bose e Albert Einstein na década de 1920, este estado é alcançado quando os átomos de um gás de bósons são resfriados a temperaturas nanoKelvin (bilionésimos de grau acima do zero absoluto), veja abaixo o vídeo do canal Ciência Todo Dia:
Nesse estado, os átomos perdem suas identidades individuais e se fundem em uma única “superonda” de matéria, comportando-se como uma única entidade quântica. Embora mais comum em gases, esse fenômeno abre uma janela para o estudo fundamental da dualidade onda-partícula e do mundo quântico em escala macroscópica.
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