Um enigma de 40 anos sobre como as coisas crescem foi finalmente desvendado. Cientistas na Alemanha confirmaram experimentalmente, pela primeira vez, uma lei universal de crescimento em duas dimensões. A descoberta sugere que processos muito diferentes, desde a formação de cristais até colônias bacterianas, podem seguir as mesmas regras ocultas.
Uma teoria nascida em 1986 finalmente ganha sua prova
Em 1986, pesquisadores apresentaram a equação Kardar-Parisi-Zhang, uma teoria criada para descrever o crescimento em muitos sistemas. A ideia era simples: sistemas muito diferentes poderiam seguir as mesmas regras subjacentes quando crescem. A teoria foi confirmada em uma dimensão em 2022. Mas prová-la em duas dimensões permaneceu algo difícil até agora.
Como eles construíram um experimento quântico ultrafrio
Pesquisadores da Universidade de Würzburg projetaram uma configuração quântica altamente controlada para testar a teoria. Eles resfriaram um semicondutor feito de arsenieto de gálio a menos 269,15 graus Celsius e o estimularam continuamente com um laser. Nessas condições, partículas incomuns chamadas polaritons se formaram dentro do material. Polaritons são híbridos de luz e matéria que combinam fótons com éxcitons. Eles existem apenas brevemente e apenas sob condições de não equilíbrio.
A equipe mediu como essas partículas se moviam no espaço e no tempo. Esta foi a primeira demonstração experimental da universalidade KPZ em um sistema bidimensional tanto no espaço quanto no tempo. O desafio era que os processos de crescimento são sempre não lineares e aleatórios. Projetar um sistema que pudesse medir como tal processo evolui em escalas de tempo ultrarrápidas foi extremamente difícil. Só recentemente se tornou tecnicamente viável.
Por que cientistas locais e o mundo se importam
Para a comunidade de pesquisa local em Würzburg, esse avanço representa anos de trabalho. A equipe faz parte do Cluster de Excelência ctd.qmat. O pesquisador de pós-doutorado Siddhartha Dam explicou que verificar o modelo KPZ em duas dimensões levou tanto tempo porque esses processos se desenrolam em escalas de tempo ultrarrápidas. A equipe conseguiu controlar um sistema quântico de não equilíbrio em laboratório.
O arcabouço KPZ foi aplicado a tudo, desde formação de cristais e dinâmica populacional até frentes de chama e até aprendizado de máquina. Esta confirmação experimental fortalece a ideia de que sistemas muito diferentes podem seguir as mesmas regras ocultas quando crescem.
Este marco mostra o quão universal o modelo de crescimento realmente é. Ele abre a porta para entender processos de crescimento em física, biologia e ciência dos materiais com um único conjunto de princípios.
