Quantum

Bósons

Bósons são partículas com spin inteiro (1 ħ, 2 ħ, 3 ħ, etc.). Eles funcionam como partículas que transmitem interações, por isso são comumente chamados de portadores de energia. O bóson mais famoso é, indiscutivelmente, o fóton. Os bósons também incluem os bósons W e Z, que são responsáveis pela força nuclear fraca (a interação que causa decaimento radioativo), os glúons, responsáveis pela força nuclear forte (a interação que mantém juntas as partículas do núcleo de um átomo) e o hipotético bóson de Higgs.

Os bósons não obedecem ao princípio da exclusão de Pauli, uma vez que eles são descritos por funções de onda simétricas, o que significa que mais bósons podem ocupar o mesmo estado quântico. Os bósons basicamente "querem" estar no mesmo estado que outros bósons. Essa propriedade é responsável pela existência de múltiplos fenômenos fascinantes.

Comecemos com um raio laser. O laser é um aparelho que emite um raio de luz imensamente estreito, cujos fótons têm a mesma frequência e estão em harmonia. Isso é completamente diferente das lanternas clássicas que produzem luz em dúizias de frequências e em todas as direções.

Lasers exploram o fato de que fótons pertencem aos bósons. Dentro do laser existem milhoes de átomos cujos elétrons são excitados do estado natural para um nível maior de energia usando corrente elétrica. Alguns desses elétrons, consequentemente emitem energia na forma de fótons e pulam de volta para o estado natural. O fóton emitido então voa entre os elétrons excitados remanescentes e estimula a emissão de outros fótons, enquanto todos esses fótons entram no mesmo estado quántico (ou seja, tem a mesma frequência e a mesma fase). Assim que existam fótons o suficiente, eles deixam o laser na forma de um raio laser.

Outro caso hipnotizante de bósons em ação, pode ser observado quando resfriamos um grupo de átomos de hélio-4 a temperaturas extremamente baixas não mais que dois graus acima do zero absoluto. Cada átomo de hélio-4 é composto de um número par de férmions. Isso, no entanto, faz do próprio átomo um bóson, o que significa que ele não obedece ao princípio da exclusão de Pauli.

Todos os átomos de hélio-4, por isso, se comportam assim como outros bósons - eles querem estar no mesmo estado quântico. Infelizmente, eles não podem alcançar isso sob condições normais, uma vez que suas funções de onda não se parecem em nada. Não obstante, uma vez que eles alcançam temperaturas logo acima do zero absoluto, suas funções de onda começam a se espalhar e se sobrepor. Eventualmente, eles entram no mesmo estado quântico e suas funções de onda se juntam em uma função de onda única, que descreve o grupo inteiro como um todo. Em outras palavras, comportamento quântico começa a se transformar no macromundo!

Tal estado de matéria, no qual átomos entram no mesmo estado quântico é chamado de condensado de Bose-Einstein. Em alguns casos, esse condensado se comporta diferente de qualquer outro estado de matéria. Por exemplo, se alguém tentar encher um vaso com os átomos esfriados de hélio-4, eles se arrastariam gradualmente ao longo das paredes do vaso e escapariam, aparentemente negando a gravidade.