Deborah Jin projetou novos estados quânticos da matéria, duas vezes

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Ela provavelmente teria recebido o Nobel.” A física Kathryn J. Levin da Universidade de Chicago não hesita quando questionada sobre a colega física Deborah S. Jin, carinhosamente conhecida como Debbie.

Ela não precisa se esforçar para defender sua posição: durante sua curta carreira, Jin foi homenageada com um prêmio após o outro.

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Ela inventou novas técnicas experimentais que a levaram a projetar novos estados quânticos da matéria duas vezes, e seus experimentos foram inspiradores para muitos outros físicos.

Alguns de seus trabalhos influenciaram diretamente os teóricos que trabalhavam em problemas complexos, como o da condutividade elétrica perfeita. Ela era tranquila, mas forte e inesquecível. Era uma mentora dedicada que buscava liderar pelo exemplo.

Jin nasceu na Califórnia em 1968 e cresceu na Flórida, onde seu pai trabalhava como professor de física. Sua mãe e seu irmão também estudaram física. Seu marido, o físico John Bohn, escreveu mais tarde que ela cresceu “em uma casa com a física no ar”. Ela se apoiou totalmente nisso e seu trabalho de graduação na Universidade de Princeton rendeu um prêmio de física experimental.

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A vacuum chamber apparatus that captures cloud of ultracold atoms in a Bose-Einstein Condensate (BEC), which form a few micrometers below the glass pieces within the chamber.
Foto: (reprodução internet)

Ela recebeu seu PhD da Universidade de Chicago, onde estudou materiais que conduzem eletricidade perfeitamente (chamados de supercondutores).

Seu principal estudo

Lá, Jin aprendeu sobre partículas chamadas férmions que mais tarde definiram uma grande parte de sua carreira. Em 1996, ela se mudou para o JILA, um instituto de pesquisa da University of Colorado Boulder. No Colorado, Debbie mudou seu foco para o subcampo da física atômica, molecular e óptica (AMO).

Os físicos da AMO estudam átomos, moléculas e luz e criam maneiras de controlá-los. Freqüentemente, eles trabalham com sistemas ultracold – próximos ao zero absoluto (-273 ° C) – que obedecem à mecânica quântica.

A caixa de ferramentas dos físicos AMO contém principalmente lasers e ímãs. As interações entre a luz laser e os átomos resultam em forças elétricas, enquanto as interações entre os átomos e os ímãs dão origem a forças magnéticas.

Os físicos usam essas forças para tornar os átomos ultracold, tão próximos do zero absoluto quanto um trilionésimo de grau, e então mantê-los presos no lugar para que suas propriedades possam ser medidas.

A equipe de pesquisa da JILA à qual Jin se juntou, liderada por Eric Cornell, havia colaborado na engenharia do primeiro condensado de Bose-Einstein (BEC), trabalho que ganhou um prêmio Nobel em 2001.

Um BEC é um estado quântico da matéria que se forma quando as partículas são classificadas pois os bósons são extremamente frios. Em temperaturas extremamente baixas, todos eles assumem o mesmo estado de energia mais baixa e se comportam como um único pedaço de matéria quântica em vez de milhares de partículas separadas.

No final da década de 1990, bósons ultracold e BECs eram a grande sensação no JILA. Como pesquisadora de pós-doutorado, Jin trabalhou com bósons ultracold pela primeira vez em sua carreira e teve que aprender um novo conjunto de técnicas experimentais para fazê-lo.

Ela empreendeu “reciclagem total”, de acordo com Levin. Jin aprendeu rapidamente e logo fez contribuições importantes para os estudos AMO.

Seu histórico

Em 1997, ela foi contratada definitivamente no JILA e iniciou seu próprio grupo de pesquisa. “Ela estava começando em um campo em que as portas eram totalmente abertas”, observa Levin, e decidiu abri-las ainda mais. Jin decidiu fazer férmions ultracold.

Cada partícula do universo é um bóson ou um férmion, dependendo de seu spin. Dois férmions não podem ocupar o mesmo estado quântico, portanto, não podem “cair” todos em seu estado de energia mais baixo ao mesmo tempo.

Em outras palavras, persuadi-los a serem muito frios é muito difícil. Na época, isso foi considerado um grande desafio experimental. A criação de um gás férmion ultracold constituiria uma descoberta experimental e Jin estaria projetando um estado quântico totalmente novo da matéria. Um ano e meio depois, Jin e seu primeiro aluno de graduação conseguiram fazer exatamente isso.

Comecei a fazer circuitos no chão do meu escritório”, relata seu primeiro aluno de graduação, Brian DeMarco, sobre seus primeiros dias.

Apesar de se tornar um experimentalista AMO apenas alguns anos antes, as técnicas que Jin desenvolveu neste projeto foram mais bem-sucedidas do que os grupos de pesquisa concorrentes estavam usando.

Ela começou do zero, herdando uma sala vazia em vez de um laboratório completo. “Comecei a fazer circuitos no chão do meu escritório”, relata seu primeiro aluno de graduação, Brian DeMarco, sobre seus primeiros dias.

Eles também construíram sua ciência do zero, inovando em tudo, desde como produzir átomos que queriam resfriar até novas técnicas de medição.

Jin não se intimidou com o desafio. Sua determinação valeu a pena: o artigo da Science de 1999, onde ela e DeMarco relataram o sucesso desse experimento, tem milhares de citações e físicos contemporâneos da AMO agora projetam e estudam gases férmions ultracold em seus laboratórios.

Equipment for obtaining and researching ultracold atoms, located at the National Laboratory of Atomic, Molecular and Optical Physics in Nicolaus Copernicus University in Toruń, Poland
Foto: (reprodução internet)

Em 2001, Jin e sua equipe de pesquisa empurraram experimentalmente férmions para formar pares que se comportavam como bósons. Suas conquistas experimentais avançaram teorias sobre férmions e supercondutividade.

Um famoso mecanismo de supercondutividade, reconhecido pelo prêmio Nobel de 1972, exige que os elétrons, que são um tipo de férmion, se formem pares.

No entanto, os detalhes desse processo de emparelhamento não são compreendidos para todos os supercondutores. O experimento de Jin ofereceu aos teóricos um novo cenário para descobrir como os férmions podem agir como bósons e como isso pode resultar em propriedades especiais como a supercondutividade.

A abertura para o trabalho colaborativo fazia parte da cultura de pesquisa da JILA e Jin defendeu essa abordagem para fazer ciência.

Levin, que passou anos estudando supercondutores estranhos, lembra do trabalho de Jin inspirando-a a começar a colaborar com os pesquisadores AMO. Outros físicos começaram a se voltar para sistemas atômicos ultracold para emular modelos que eles poderiam, devido à sua complexidade, estudar apenas resolvendo equações ou usando supercomputadores.

Em 2008, Jin e o colega de JILA Jun Ye ajudaram a lançar o estudo da química quântica ultracold, tornando as moléculas polares diatômicas ultracold em vez de átomos, efetivamente criando outro novo tipo de matéria quântica.

Uma vez que são ultrafrias, as reações químicas entre as moléculas seguem as regras da mecânica quântica, mas resfriar moléculas a temperaturas extremamente baixas é mais complicado do que resfriar átomos. Existem muitas outras maneiras de as moléculas ficarem energeticamente excitadas e, conseqüentemente, aquecerem.

Jin morreu de câncer em 2016. Ela tinha apenas 47 anos, mas seu legado é enorme. Hoje, a engenharia de um gás férmion ultracold é uma habilidade que os alunos de pós-graduação em física da AMO costumam aprender no início de seu treinamento de doutorado.

Anos após seu primeiro gosto de fermions ultracold, DeMarco está orientando seus próprios alunos no estudo deles em configurações novas e complexas. Levin também continua a colaborar com experimentalistas AMO; essas colaborações se tornaram mais comuns desde o início dos anos 2000

. E muitos físicos continuam a trabalhar com moléculas ultracold. Muitas ondas ainda estão se espalhando com os sucessos de Jin.

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Não é uma coincidência que o sucesso de Jin tenha sido parte do incentivo para os físicos colaborarem mais com seus colegas teóricos ou experimentais, bem como em diferentes ramos da física.

A abertura para o trabalho colaborativo fazia parte da cultura de pesquisa da JILA e Jin defendeu essa abordagem para fazer ciência. Como DeMarco relata, ela também era conhecida por ser uma líder de equipe gentil e generosa.

Trabalhando em um campo dominado por homens (as mulheres representam menos de 20% do corpo docente de física nos Estados Unidos), Jin se importava muito com o status das mulheres na física.

Ela estava empenhada em liderar pelo exemplo e ser uma mentora. Essa maneira de abordar a disparidade de gênero na física era mais adequada aos seus pontos fortes.

Quando convidada para eventos que visam melhorar a participação das mulheres, ela sempre faz isso”, lembra DeMarco, “e ela se encontra com mulheres cientistas o tempo todo”.

Ela tinha apreciado particularmente o Prêmio L’Oreal-UNESCO para Mulheres na Ciência que recebeu em 2013.

Jin acreditava que “a menos que a física e a natureza digam não”, um trabalho inteligente e árduo poderia ajudá-la a superar todos os contratempos, lembra DeMarco.

Sua determinação e abordagem cuidadosa para fazer ciência fizeram de Jin um grande modelo para todos os jovens cientistas.

Mas essa convicção não a fez tirar conclusões precipitadas. “Aprendi com ela a ser cético em relação ao seu próprio trabalho”, ressalta DeMarco. Jin realmente queria explicar seu trabalho claramente e não alegou nenhum resultado que ela não tivesse certeza absoluta.

Após seu falecimento, Bohn escreveu que Jin encorajou jovens físicos a serem como férmions e perseguir seus próprios interesses e individualidade.

Ela mesma era como um férmion: não podia ser forçada a assumir o mesmo estado que todos os outros. Ela sempre foi levada a fazer as coisas à sua maneira e não temia abrir precedentes. Um verdadeiro herói da ciência, ela usou esse impulso para fazer avançar o campo em que trabalhava e levar a comunidade adiante.

Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante 

Fonte: Massive Science

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