Um truque quântico implicava estabilidade eterna. Agora está desmoronando. | Revista Quanta

É uma verdade tanto da física quanto da experiência cotidiana que as coisas desmoronam. Gelo derrete. Prédios desmoronam. Qualquer objeto, se você esperar o suficiente, se confunde consigo mesmo e com o ambiente, irreconhecível.

Mas a partir de 2005, uma série de avanços fez com que esta marcha da morte parecesse opcional. No cenário quântico certo, qualquer arranjo de elétrons ou átomos permaneceria imóvel por toda a eternidade – até mesmo arranjos desiguais vibrando com atividade. A descoberta vai contra a sabedoria convencional de que os fenómenos quânticos são coisas frágeis, observáveis ​​apenas a temperaturas extremamente baixas. Também abriu um buraco nos fundamentos da termodinâmica, o venerável ramo da física que explica fenómenos como o calor e a entropia como consequências inevitáveis ​​da interação de vastos enxames de partículas.

Os resultados foram um choque para físicos como Norman Yao, um estudante de pós-graduação na época que agora é professor na Universidade de Harvard. “Santo inferno”, ele se lembra de ter pensado, usando uma palavra mais forte que inferno. “Se isso for verdade em um sistema interativo de muitas partículas, então a mecânica estatística falha. A termodinâmica falha.”

A noção de uma nova e radical estabilidade quântica se espalhou. Inspirou os teóricos a evocar uma coleção de novas fases da matéria quântica, como os cristais do tempo – sistemas que sustentam um comportamento repetitivo indefinidamente sem absorver energia. E os engenheiros quânticos que lutavam contra o nervosismo dos qubits para construir computadores quânticos animaram-se com esta indicação de que a sua luta era vencível.

“Em um computador quântico você precisa ter memória de suas condições iniciais; caso contrário, você não poderá fazer nada”, disse Yao.

A acumulação de provas atingiu o pico em 2014, com uma prova matemática rigorosa de que os padrões quânticos poderiam de facto durar para sempre.

Nos últimos anos, porém, a própria promessa de estruturas quânticas eternamente estáveis ​​começou a vacilar. Tais padrões podem, de facto, durar eras, como descobriram as experiências inovadoras. Mas existe um debate sobre se essas eras podem realmente estender-se até à eternidade, como muitos físicos acreditam. Ao dissecar a natureza fundamental do destino quântico, os físicos envolvidos descobriram fenómenos quânticos até então desconhecidos que ameaçam a estabilidade de grandes hordas de partículas.

“Você pensou que entendia [essa ideia] muito bem, e agora não entende”, disse Vedika Khemani, um físico da Universidade de Stanford. "Isto é engraçado. Há um mistério para resolver novamente.”

Um Sabor da Eternidade

Uma sugestão inicial da eternidade quântica foi captada por Phil Anderson, um físico que se tornaria uma lenda em sua área. Na década de 1950, Anderson estava no Bell Labs estudando o que era então uma física de ponta – o comportamento dos elétrons dentro de semicondutores. Ao tentar compreender alguns resultados experimentais intrigantes, ele se viu pensando em um problema mais abstrato.

Seria possível, pensou Anderson, prender uma única partícula quântica no lugar?

É fácil capturar um objeto clássico, como uma bola de bilhar. Basta cercá-lo com barreiras, como os trilhos de uma mesa de bilhar. Mas as partículas quânticas podem viajar com total desrespeito pelas barreiras, “fazendo túneis” através delas. O problema é que eles não podem viajar para muito longe. O tunelamento torna-se mais difícil – isto é, exponencialmente improvável – quanto mais longe uma partícula tenta ir. Anderson se perguntou que ambiente poderia conter um artista de fuga quântica.

O segredo, descobriu ele, era colocar a partícula em uma paisagem quântica “desordenada”, pontilhada de picos e vales. Cada local teria uma altura aleatória, representando uma energia aleatória. Num material real, esta desordem pode vir de impurezas, como átomos ausentes ou átomos de elementos diferentes.

Com desordem suficiente, concluiu Anderson, uma partícula nunca percorreria um túnel muito longe. Para criar um túnel, uma partícula precisa de encontrar um local com uma energia semelhante (ou a uma altitude semelhante) àquela onde começou. E mais desordem torna esses locais mais escassos. Ao olhar mais profundamente na paisagem, uma partícula pode ser capaz de explorar locais candidatos em um ritmo decente. Essa taxa pode ser bastante rápida em dimensões “superiores”, como planos 2D e tijolos 3D, onde a partícula tem mais opções disponíveis. Mas a dificuldade exponencial de chegar a esses locais aumentaria sempre ainda mais rapidamente, tornando a construção de túneis uma proposta improvável.

O tunelamento não foi suficiente, argumentou Anderson em um papel 1958. Uma paisagem desordenada de qualquer dimensão “localizaria” uma partícula. A obra permaneceu essencialmente sem ser lida durante anos, embora eventualmente ajudasse a garantir-lhe uma parte do Prêmio Nobel de Física 1977.

Embora as reflexões de Anderson tenham sido inspiradas nos elétrons de um semicondutor, seu enquadramento revela que ele estava pensando de forma mais abstrata. A anomalia que o motivou foi uma misteriosa resistência dos elétrons a um processo conhecido como termalização. Ele procurou entender mais profundamente quando um sistema iria ou não termalizar. Ele não foi o primeiro físico a estudar este fenómeno, mas as questões que levantou no seu trabalho capturariam a imaginação de uma geração posterior de físicos.

“Estava 50 anos à frente de seu tempo”, disse David Huse, um físico da Universidade de Princeton.

Na linguagem cotidiana, a termalização é a tendência natural de confusão dos sistemas. Um novo baralho perde rapidamente sua ordem original. Um castelo de areia termina como um pedaço molhado de areia. Na termodinâmica, esta tendência é uma consequência direta das estatísticas. Existem apenas algumas maneiras de ser ordenado e um número enorme de maneiras de ser misturado, de modo que é extremamente provável que um sistema inicialmente ordenado acabe misturado.

A principal característica da termalização é que quaisquer padrões iniciais são eliminados pela mistura. Qualquer ponto quente inicial ou concentração de energia, por exemplo, espalha-se até que não seja possível nenhuma propagação adicional. Neste ponto, o sistema se torna estável e para de mudar visivelmente – um cenário que os físicos chamam de equilíbrio térmico.

Em retrospecto, os físicos veem que o trabalho de Anderson continha as sementes de uma rebelião contra a termalização. Ele havia mostrado que uma paisagem desordenada poderia aprisionar uma partícula. A questão principal passou a ser: seria possível localizar muitas partículas? Se as partículas ficassem presas no lugar, a energia não se espalharia e um sistema nunca se termalizaria. Como o oposto da termalização, a localização representaria um tipo totalmente novo de estabilidade, uma forma inesperada de os padrões quânticos de energia persistirem para sempre.

“Saber se a termalização é essa coisa universal que vai acontecer em um sistema fechado, ou se pode quebrar completamente”, disse Maissam Barkeshli, físico da Universidade de Maryland, “é uma das questões mais fundamentais da física”.

Responder a essa pergunta, no entanto, exigiria a resolução de um problema que fez com que o trabalho de Anderson, vencedor do Prémio Nobel, parecesse um aquecimento. A questão básica é que grupos de partículas podem influenciar uns aos outros de maneiras colossalmente complexas. A contabilização destas interações revelou-se tão complicada que decorreriam quase 50 anos entre o artigo de Anderson de 1958 e as primeiras tentativas sérias de compreender a localização em sistemas de muitas partículas, que os físicos chamam de localização de muitos corpos.

A resposta inacreditável que surgiria, meio século depois, era que a termalização nem sempre é inevitável. Desafiando a termalização, a localização de muitos corpos parecia possível.

“Isso quebra as leis da termodinâmica”, disse Wojciech De Roeck, físico da KU Leuven, na Bélgica. “Isso significa que o caos nem sempre vence.”

A ascensão da localização de muitos corpos

A sequência de grande sucesso do trabalho de Anderson veio em 2005, quando Denis Basko, Igor Aleiner e Boris Altshuler, físicos afiliados às universidades de Princeton e Columbia, publicaram um artigo marcante que tornaria suas iniciais instantaneamente reconhecíveis para pesquisadores da área. Nele, a BAA estudou se as impurezas atômicas de um metal poderiam localizar elétrons, prendendo-os perto dos átomos e transformando o material condutor em um isolante.

In páginas 88 de matemática densa compreendendo 173 equações numeradas e 24 figuras (excluindo apêndices), BAA mostrou que um material confuso poderia de fato parar grupos de elétrons em seu caminho, assim como Anderson havia mostrado que poderia parar uma partícula. Seu trabalho lançou efetivamente o estudo da localização de muitos corpos, ou MBL.

“Foi realmente um tour de force”, disse Khemani. “Eles mostraram que o MBL é estável em todas as dimensões.” O trabalho também era impenetrável. Os pesquisadores acreditavam nisso, mas não o entendiam bem o suficiente para construí-lo. “Ninguém poderia realmente fazer o cálculo do BAA além deles”, disse Jed Pixley, físico de matéria condensada da Universidade Rutgers.

Mas a descoberta da BAA causou repercussões em todo o campus de Princeton. Basko contou ao seu amigo Vadim Oganesyan, que discutiu o assunto com o seu conselheiro, David Huse. Os dois já estavam realizando simulações computacionais que lhes permitiriam testar as ideias da BAA de forma mais direta no contexto mais abstrato da termalização.

Nas suas simulações, Huse e Oganesyan criaram cadeias de partículas quânticas que podiam apontar para cima ou para baixo e virar os seus vizinhos. Quando adicionaram mais e mais desordem, de acordo com a receita de localização, eles viram sinais de que as cadeias de partículas estavam mudando de um cenário de termalização (onde, digamos, uma partícula que girasse rapidamente espalharia sua energia e começaria a inverter seus vizinhos) para um cenário quase cenário localizado (onde a partícula manteria sua energia). A transição da termalização para a localização em um certo nível de desordem parecia mais com transições entre fases da matéria, como entre líquido e gelo, que ocorrem a uma certa temperatura.

O MBL poderia ser qualificado como uma espécie de fase? As fases têm um status especial na física. Eles também têm uma definição especial. Crucialmente, uma fase da matéria deve ser estável por um período de tempo infinitamente longo e por um sistema infinitamente grande. Se de fato houvesse uma transição entre termalização e localização, e se a localização ocorresse indefinidamente para sistemas infinitos, talvez os dois tipos de estabilidade pudessem ser pensados ​​como fases por si só.

Oganesyan e Huse não conseguiram simular cadeias infinitamente longas por tempos infinitamente longos (eles poderiam fazer cerca de uma dúzia de partículas), então não ficaram surpresos ao ver sinais imperfeitos de localização. Mas à medida que prolongavam as suas cadeias, a transição para a localização tornou-se mais acentuada. Seu primeiro trabalho, postado em 2006, provocou a intrigante possibilidade de que, para cadeias infinitamente longas com desordem suficiente, pudesse existir uma fase de localização.

Talvez o mais importante seja que suas simulações foram fáceis de entender. “David fez o cálculo para que qualquer pessoa pudesse fazer”, disse Pixley.

Estudos numéricos subsequentes apoiaram a noção de que uma paisagem acidentada poderia localizar a energia, e os físicos começaram a considerar as implicações. Dilúvios de energia, muitas vezes na forma de calor, destroem fases delicadas da matéria quântica. Mas se picos suficientemente irregulares pudessem impedir a propagação da energia, as estruturas quânticas poderiam sobreviver efetivamente a qualquer temperatura. “Você consegue obter fenômenos que realmente associamos e só entendemos em temperatura zero”, disse Anushya Chandran, um físico da Universidade de Boston que estudou MBL quando era estudante de graduação em Princeton.

Uma estrutura quântica de alto perfil que surgiu do MBL foi um padrão no tempo. Inverta uma extremidade de uma cadeia de partículas a uma certa taxa, e toda a cadeia poderia alternar entre duas configurações sem absorver nenhuma energia da inversão. Esses "cristais do tempo”Eram uma fase exótica da matéria fora de equilíbrio, o que só foi possível porque uma paisagem suficientemente desordenada impediu que qualquer arranjo concebível de partículas atingisse o equilíbrio térmico.

“Simplesmente não existe análogo”, disse Khemani, que passou por Princeton nessa época e desempenharia um papel pioneiro na compreensão e criação de cristais do tempo. “Essa é uma mudança completa de paradigma.”

A peça final do quebra-cabeça teórico se encaixou em 2014, quando John Imbrie, um físico matemático da Universidade da Virgínia, mostrou que se fosse possível encadear uma cadeia infinitamente longa de partículas com desordem suficiente, qualquer configuração permaneceria localizada. Apesar da capacidade das partículas interagirem com seus vizinhos, elas continuariam individualmente a fazer suas próprias coisas para sempre.

A prova matemática rigorosa, rara na física, foi o resultado de cinco anos de esforço. Quase garantiu que a localização fosse possível, solidificando o seu estatuto de fase. “Quando você faz um argumento matemático, você tem que considerar todas as possibilidades”, disse Imbrie. “Isso faz parte da beleza.”

Mais ou menos na mesma época, físicos com laboratórios especializados na manipulação de átomos frios confirmavam que as partículas reais se comportavam da mesma maneira que as digitais. Um número modesto de átomos separados por montanhas de luz espalha-se num ritmo glacial, tanto quando organizados em linhas 1D e quando dispostos em grades 2D.

Com uma preponderância de evidências experimentais, matemáticas e numéricas, o MBL parecia destinado a entrar no panteão das transições de fase ao lado do magnetismo e da supercondutividade. Os físicos esperavam que uma grande variedade de sistemas diferentes em dimensões diferentes pudessem desconsiderar flagrantemente o seu suposto destino termodinâmico.

Em 2022, a American Physical Society concedeu a Altshuler, Huse e Aleiner o prestigioso Prêmio Lars Onsager, nomeado em homenagem ao físico matemático que provou que um modelo de desenho animado capturou a transição de fase quando um material ficou magnetizado.

Mas mesmo antes de os prémios serem distribuídos, a ideia de estruturas infinitamente duráveis ​​já começava a desmoronar-se.

O início da oscilação

O primeiro tremor ocorreu cerca de um ano e meio depois da prova de Imbrie.

Lembre-se de que se pensa que a transição da termalização para a localização ocorre como transições entre fases familiares da matéria. Quando o metal magnetiza, por exemplo, certas propriedades mudam a taxas específicas, descritas por equações meticulosamente calculadas. Valores particulares nessas equações têm certos expoentes, como o 2 em x².

Para uma verdadeira transição de fase numa dimensão, os matemáticos provaram que dois destes expoentes devem ser maiores que 2. Mas as simulações do MBL descobriram que eram 1 – um grande desacordo. Em um pré-impressão ainda não publicada publicado em 2015, Oganesyan e Chandran, juntamente com Christopher Laumann, da Universidade de Boston, mostraram que a incompatibilidade não era apenas um efeito colateral trivial do estudo de cadeias curtas em vez de cadeias infinitas. Algo mais fundamental parecia errado.

“Eles analisaram isso cuidadosamente”, disse Huse. “Mas não conseguimos descobrir o que estava errado.”

Uma série de choques maiores ocorreu nos anos seguintes. Imagine o tipo de paisagem montanhosa que levaria ao MBL. Agora estenda essa paisagem ao infinito em todas as direções. Se você explorar aleatoriamente o suficiente, em algum momento você certamente se deparará com uma área plana estendida.

Partículas em uma zona plana podem facilmente encontrar estados de energia semelhante para criar um túnel, então elas se misturam e termalizam. Em tal região, os estados de energia são abundantes, aumentando as chances de que uma partícula nas montanhas vizinhas possa fazer contato e se tornar termalizada, argumentou De Roeck da KU Leuven e François Huveneers, que estava então na Universidade de Paris-Dauphine, na França. Assim, a zona plana pode servir como fonte de energia termalizante.

Mas será que um patch tão pequeno poderia derrubar todo o sistema? O cenário parecia intuitivamente tão plausível quanto uma banheira de hidromassagem em Denver causando colapsos em Vail, Breckenridge e Telluride. Os físicos não aceitaram isso imediatamente. Quando De Roeck e Huveneers levantaram a possibilidade em conferências, as suas palestras provocaram explosões de raiva na audiência.

“Foi uma grande surpresa”, disse De Roeck. “Muitas pessoas no início não acreditaram em nós.”

Em uma série de artigos iniciados em 2016, De Roeck, Huveneers e colaboradores expuseram o seu caso a favor de um processo agora conhecido como avalanche. Eles argumentaram que, ao contrário de uma banheira de hidromassagem, o que começa como uma gota de partículas termalizadas pode se transformar em uma bola de neve no oceano.

“Você tem um banho de calor e ele recruta locais vizinhos para o banho de calor”, disse Imbrie. “Ele fica cada vez mais forte e atrai cada vez mais sites. Essa é a avalanche.”

A questão crucial era se uma avalanche ganharia ou perderia impulso. A cada passo, o banho térmico se tornaria de fato um reservatório de energia maior e melhor. Mas cada etapa também dificultou a termização do próximo local. Fazendo lembrar a localização de partícula única de Anderson, o debate resumiu-se a uma corrida entre dois efeitos: a melhoria do banho versus a sua dificuldade em crescer ainda mais.

De Roeck e Huveneers argumentaram que as avalanches venceriam em duas e três dimensões, porque acumulavam estados de energia de forma incrivelmente rápida – a taxas relacionadas com a sua área de rápido crescimento (em 2D) ou volume (em 3D). A maioria dos físicos passou a aceitar que as avalanches nestas paisagens eram imparáveis, tornando o MBL uma perspectiva remota em placas ou tijolos.

Mas a possibilidade de MBL em cadeias unidimensionais sobreviveu, porque uma avalanche que atravessa uma linha acumula estados de energia mais lentamente. Na verdade, o banho de calor fica mais poderoso aproximadamente na mesma proporção em que aumenta a dificuldade de crescimento. Foi um empate. As avalanches podem continuar em 1D ou podem parar.

Enquanto isso, outros físicos ficaram céticos de que o MBL pudesse existir mesmo em uma cadeia 1D. Em 2019, uma equipa de especialistas eslovenos em caos, incluindo Tomaž Prosen reanalisou dados numéricos antigos e destacou o fato de que à medida que a paisagem se tornava mais montanhosa, a termalização desacelerou tremendamente mas nunca parou completamente – uma verdade inconveniente que os pesquisadores do MBL consideraram ser um artefato de suas simulações em pequena escala. Anatoly Polkovnikov da Universidade de Boston e Seca Sels, hoje da Universidade de Nova York e do Flatiron Institute, entre outros pesquisadores, veio a conclusões semelhantes. Os seus argumentos desafiaram diretamente o fascínio central do MBL: a promessa de vida eterna para um castelo de areia quântico.

“No nível dos teóricos que falam sobre MBL”, disse Chandran, “há um regime, juro por Deus, onde [o tempo de termalização] não é apenas a idade do universo, e não podemos vê-lo. Não, é verdadeiramente infinito.”

Seguiu-se um debate vigoroso, tanto na literatura acadêmica quanto em discussões privadas. Sels e Huse passaram horas no Zoom durante o auge da pandemia. Eles conversavam às vezes, mas cada um credita ao outro insights produtivos. Os meandros da controvérsia são extremamente técnicos e nem mesmo os pesquisadores envolvidos conseguem articular plenamente todas as perspectivas. Mas, em última análise, as suas diferenças resumem-se a cada campo fazendo um palpite diferente – extremamente educado – sobre o que veríamos se pudéssemos observar uma cadeia de partículas girar para sempre.

Os dois lados ainda discordam sobre se existe uma fase genuína de MBL numa dimensão, mas um resultado concreto do conflito é que levou os investigadores a examinar minuciosamente o efeito que as avalanches poderiam ter no suposto início da MBL.

Os grupos cépticos “tinham alguns pontos muito bons, mas levaram-nos um pouco longe demais”, disse Huse. “Isso realmente nos motivou.”

Huse, colaborando com uma equipe de veteranos do MBL, incluindo Khemani, inventou uma maneira de simular o efeito de uma avalanche em cadeias curtas sem realmente desencadear uma. (Ninguém viu uma avalanche, mesmo numericamente, porque para obter um ponto plano grande o suficiente você pode precisar de uma cadeia de bilhões de partículas de comprimento, estima Sels, e os pesquisadores normalmente estudam cadeias de cerca de 12.) Sels posteriormente desenvolveu sua própria simulação de avalanche. acima.

Os dois grupos vieram semelhante conclusões em 2021: A transição do MBL, se existisse, exigia uma paisagem muito mais montanhosa do que os investigadores acreditavam. Com o nível de robustez que se pensava anteriormente que provocaria o MBL, a termalização diminuiria, mas não pararia. Para dar aos bonecos de neve quânticos uma oportunidade de lutar contra as avalanches, a paisagem teria de ser mais desordenada do que Huse e companhia suspeitavam. O grupo de Huse descobriu inicialmente que as montanhas precisariam ser pelo menos duas vezes mais acidentadas. O trabalho de Sels elevou esse número para pelo menos seis vezes mais acidentado, tornando as montanhas mais parecidas com o Himalaia do que com as Montanhas Rochosas. A MBL ainda pode ocorrer nesses cenários extremos, mas a teoria que foi construída em torno da transição menos acidentada tinha de facto problemas.

“Nós meio que aceitamos isso completamente e não olhamos para as sutilezas disso”, disse Huse.

Nos trabalhos de 2021, os pesquisadores reescreveram e expandiram o diagrama de fases do MBL para cadeias 1D. Nas planícies semelhantes às do Kansas, as partículas termalizam rapidamente. Nas Montanhas Rochosas, os pesquisadores reclassificaram a “fase” do MBL como um “regime pré-térmico”. Este é o regime aparentemente estável descoberto pela BAA, pelas simulações de Princeton e pelos experimentos atômicos. Mas agora os investigadores concluíram que se esperarmos um tempo extremamente longo – literalmente milhares de milhões de anos para algumas configurações – as partículas separadas pelas Montanhas Rochosas iriam de facto misturar-se e termalizar.

Além das Montanhas Rochosas fica o Himalaia. O que acontece lá permanece uma questão em aberto. Sels e Prosen estão convencidos de que a energia se espalhará e a termalização acabará por ocorrer, mesmo que demore eras. Huse e companhia continuam a acreditar que o MBL genuíno se instala.

A principal razão para acreditar no MBL é a prova de 2014. Dos outrora numerosos pilares de evidência que apoiam a existência do verdadeiro MBL, a prova de Imbrie é a última que resta. E depois de uma carreira desenvolvendo ferramentas matemáticas sob medida para esse tipo de problema, ele mantém isso.

“Não é incomum em matemática haver um erro em uma prova”, disse ele, “mas acho que sei o que estou fazendo”.

A prova divide os físicos, porém, porque os físicos não a entendem. Não é por falta de tentativa. Certa vez, Laumann conseguiu que Imbrie ensinasse a prova a ele e a alguns pesquisadores ao longo de uma semana na Itália, mas eles não conseguiram seguir os passos em detalhes. Isso não é totalmente surpreendente, já que os físicos normalmente usam a matemática de uma forma mais rápida e livre do que os matemáticos. O argumento de Imbrie não depende de nenhum nível específico de robustez da paisagem, portanto as recentes revisões do diagrama de fases do MBL não o prejudicam de forma alguma. Para determinar se o MBL realmente existe, os pesquisadores precisarão se esforçar e encontrar um problema na prova ou verificar cada linha.

Esses esforços estão em andamento. Sels e colaboradores dizem que estão finalizando um argumento que irá contradizer o de Imbrie. Entretanto, De Roeck e Huveneers, os matemáticos que descobriram a ameaça das avalanches, estão há dois anos num esforço para reescrever a prova de Imbrie de uma forma mais acessível. De Roeck diz que todas as peças principais foram colocadas no lugar e, até agora, a lógica parece sólida.

“MBL, acredito que exista”, disse De Roeck. Mas “estamos fazendo matemática aqui, então qualquer pequeno problema pode atrapalhar tudo”.

Além dos anjos quânticos

No universo que habitamos, que se termalizará em algum número incompreensível de anos, a permanência é sempre uma espécie de ilusão. Manhattan está afundando sob seu próprio peso 1.6 centímetros por década. Os continentes se fundirão em aproximadamente 250 milhões de anos. E enquanto estiver um mito Embora o fundo dos vitrais medievais tenha engrossado ligeiramente ao longo dos séculos, os físicos acreditam que o vidro flui ao longo de uma escala de tempo desconhecida, provavelmente muitos bilhões de anos ou mais.

Se o MBL se mostrar instável, um sistema localizado de muitos corpos será pelo menos tão durável quanto qualquer um destes exemplos. O mesmo acontecerá com os fenômenos quânticos que dependem dos estados do MBL. Os cristais de tempo, por exemplo, poderiam perder a designação clássica de “fases da matéria”, mas ainda seriam capazes de continuar funcionando por muito, muito mais tempo do que os computadores quânticos que os simulam (ou os humanos que operam os computadores, por exemplo). isso importa). Muitos acadêmicos se preocupam profundamente com a possibilidade matemática de derrotar a termalização como a bela questão acadêmica que ela é. Mas hoje em dia, a maioria não perde muito sono por causa disso.

“Talvez fossem sempre anjos dançando na cabeça de um alfinete”, disse Chandran.

Em vez disso, Chandran e outros aproveitaram a oportunidade de descobrir um novo fenómeno causador da termalização, que os físicos poderão realmente observar em pequenos sistemas.

Em 2018, ela e seu colaborador Philip Crowley decidiram entender por que pequenas correntes pareciam termalizar lentamente, embora fossem pequenas demais para que surgissem pontos planos. A dupla determinou que grupos de partículas ocasionalmente tinham sorte e pegavam emprestada energia de um grupo vizinho na quantidade exata de que precisavam para mudar para uma nova configuração. Eles apelidaram essas coincidências de “ressonâncias” e observaram como elas tendiam a se espalhar de grupo para grupo, levando a uma termalização prolongada em sistemas pequenos demais para avalanches. Em 2020, eles mostraram que as ressonâncias podem explicar a incompatibilidade de expoentes de 2015 e muitas das características duvidosas que têm aparecido em experimentos numéricos, insights que ajudaram Huse e empresa a atualizar o diagrama de fases para cadeias curtas em 2021.

Hoje, os físicos acreditam que as ressonâncias desestabilizam cadeias modestas com desordem ao nível das Montanhas Rochosas, enquanto as avalanches desestabilizam cadeias mais longas em níveis mais elevados de desordem.

À medida que Chandran e outros melhoram as suas simulações e experiências e exploram cadeias mais longas e mais robustas, interrogam-se sobre o que mais poderá estar escondido nos Himalaias e mais além.

“Parece que há outra física acontecendo aí”, disse Huse. “Isso seria melhor para mim. Gosto de encontrar coisas novas.”

Nota do editor: Alguns pesquisadores que aparecem neste artigo receberam financiamento da Simons Foundation, que também financia esta revista editorialmente independente. As decisões de financiamento da Fundação Simons não têm influência na nossa cobertura. Mais detalhes disponíveis SUA PARTICIPAÇÃO FAZ A DIFERENÇA.