Zhi-Xun Shen lembra vividamente de seu professor de física do ensino manãdio demonstrando o poder dos raios X removendo um pedaço de material radioativo de um frasco armazenado em um arma¡rio, jogando-o em um balde e fazendo com que os alunos coloquem as ma£os entre o balde e um fa³sforo tela para revelar os ossos escondidos sob a pele e carne.

“Isso deixou uma impressão”, Shen relembrou com um sorriso. a€s vezes ele se pergunta se aquele momento preparou o cena¡rio para tudo o que se seguiu.

Shen não tinha, ele admite, grande interesse em física. Nãohavia muito incentivo para estudar na China em meados da década de 1970. Opaís estava nas garras da Revolução Cultural de 1966, que fechou todas as universidades e deixou a maior parte dopaís, incluindo a cidade ao sul de Xangai, onde seus pais trabalhavam na medicina, na pobreza. Mas enquanto Shen e sua ma£e observavam seu irmão embarcar em um a´nibus para o campo para "reeducação" em um campo de trabalhos forçados em uma manha£ fria, ela se virou para ele e disse: "Vocaª énossa esperana§a para uma educação universita¡ria."

Ainda assim, dadas as circunsta¢ncias da fama­lia, a faculdade parecia um sonho impossí­vel. Então, uma sanãrie improva¡vel de eventos mudou tudo.

Em 1977, a Revolução Cultural terminou e as universidades foram reabertas.

Quando o mesmo professor de ensino manãdio inspirador organizou uma competição de física, Shen, então com 16 anos, entrou e ficou em primeiro em todos os na­veis - escola, distrito, cidade e prova­ncia. Foi fascinante e aumentou sua autoconfiana§a, cimentando seu sentimento de que a física era o campo para ele, mas aonde poderia levar?

Shen conseguiu uma vaga na faculdade antes de terminar o ensino manãdio, mas esperou um ano por conselho de seu pai, e então ingressou no programa de física da Universidade Fudan em Xangai.

E em seu terceiro ano como estudante de física, ele fez um exame de admissão para um programa recanãm-lana§ado pelo ganhador do praªmio Nobel Tsung-Dao Lee, que trouxe um número limitado de estudantes chineses aos EUA para estudos avana§ados em física.

Foi assim que, em mara§o de 1987, Shen se viu em uma sessão de conferaªncia lotada e que durou a noite toda que ficou conhecida como Woodstock da Fa­sica, onde quase 2.000 cientistas compartilharam os últimos desenvolvimentos relacionados a  descoberta de uma nova classe de quantum materiais conhecidos como supercondutores de alta temperatura. Esses materiais exa³ticos conduzem eletricidade com perda zero em temperaturas muito mais altas do que qualquer um pensava ser possí­vel e expelem campos magnanãticos com tanta força que podem levitar um a­ma£. A descoberta deles teve implicações revoluciona¡rias para a sociedade, prometendo melhores ma¡quinas de imagens magnanãticas para a medicina, transmissão elanãtrica perfeitamente eficiente para linhas de força, trens maglev e coisas que ainda não imaginamos.

“Pude chegar cedo e conseguir um lugar na sala onde as palestras estavam acontecendo”, lembrou Shen. “Para mim, foi a coisa mais emocionante - uma fronteira completamente nova da ciência de repente se abriu.”

Em outro golpe de sorte extraordina¡rio, ele estava em uma posição perfeita para saltar para essa nova fronteira, não apenas para sondar os estados qua¢nticos da matéria que fundamentam a supercondutividade, mas para desenvolver ferramentas cada vez mais na­tidas para isso.

Como estudante de doutorado na Universidade de Stanford, ele usava feixes de raios-X extremamente brilhantes para investigar materiais relacionados no que hoje éo SLAC National Accelerator Laboratory, subindo a colina do campus principal. Assim que a reunia£o terminou, ele começou a aplicar a técnica que vinha usando, chamada espectroscopia de fotoemissão de a¢ngulo resolvido, ou ARPES, aos novos supercondutores.

Mais de três décadas depois, com muitas descobertas importantes em seu cranãdito, mas com o quebra-cabea§a completo de como esses materiais funcionam ainda sem solução, Shen éo Professor Paul Pigott de Ciências Fa­sicas na Escola de Humanidades e Ciências de Stanford e professor de ciência de fa³tons no SLAC. Ele e seus colegas estãodando os toques finais no que pode ser o sistema mais avana§ado do mundo para sondar supercondutores não convencionais e outras formas exa³ticas de matéria para ver o que os faz funcionar.

As partes principais do sistema estãoa apenas alguns passos da linha de luz de raios-X da Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) da SLAC, onde Shen realizou os primeiros experimentos. Um deles éuma configuração recentemente atualizada, onde os cientistas podem construir com precisão amostras de material supercondutor uma camada atômica por vez, transporta¡-los atravanãs de um tubo e uma ca¢mara de va¡cuo para a linha de luz SSRL sem expa´-los ao ar e fazer medições com muito mais resolução do que jamais foi possí­vel antes. Os materiais que eles constroem também são transportados para o primeiro laser de elanãtrons livres de raios-X do mundo, a fonte de luz coerente Linac da SLAC, para medições precisas que não seriam possa­veis por outros meios.

Essas configurações experimentais foram projetadas com um propa³sito singular em mente: desvendar o comportamento estranhamente colaborativo dos elanãtrons, que Shen e outros acreditam ser a chave para desvendar os segredos da supercondutividade e outros fena´menos em uma ampla gama de materiais qua¢nticos.

A busca de Shen por respostas para este enigma émovida por sua curiosidade sobre “como esse fena´meno nota¡vel que não deveria ter acontecido, aconteceu”, disse ele. “Vocaª poderia argumentar que éum fena´meno qua¢ntico macrosca³pico - a natureza tentando desesperadamente se revelar. Isso são acontece porque esses elanãtrons trabalham juntos de uma certa maneira. ”

Os primeiros supercondutores, descobertos em 1911, eram metais que se tornavam condutores perfeitos quando resfriados abaixo de 30 kelvins, ou 406 graus Fahrenheit negativos. Demorou cerca de 50 anos para que os teóricos explicassem como isso funcionava: os elanãtrons interagiam com as vibrações na estrutura atômica do material de uma forma que superou a repulsão natural entre suas cargas negativas e permitiu que eles se emparelharam e viajassem sem esfora§o, com resistência zero. Além do mais, esses pares de elanãtrons se sobrepuseram e formaram um condensado, um estado da matéria totalmente diferente, cujo comportamento coletivo são poderia ser explicado pelas regras não intuitivas da meca¢nica qua¢ntica.

Os cientistas pensaram, por várias razaµes, que isso não poderia ocorrer em temperaturas mais altas. Portanto, a descoberta em 1986 de materiais que superconduzem a temperaturas de até225 graus Fahrenheit negativos foi um choque. Mais estranho ainda, os materiais iniciais para essa forma de supercondutividade eram isolantes, cuja própria natureza seria capaz de impedir a viagem do elanãtron.

Em um metal perfeito, Shen explicou, cada um dos elanãtrons individuais éperfeito no sentido de que pode fluir livremente, criando uma corrente elanãtrica. Mas esses metais perfeitos com elanãtrons individuais perfeitos não são supercondutores.

Em contraste, os elanãtrons em materiais que da£o origem a  supercondutividade são imperfeitos, no sentido de que não são livres para fluir. Mas, uma vez que decidem cooperar e condensar em um estado supercondutor, não apenas perdem essa resistência, mas também podem expelir campos magnanãticos e levitar a­ma£s.

“Portanto, nesse sentido, a supercondutividade émuito superior”, disse Shen. “O comportamento do sistema transcende o dos indivíduos e isso me fascina. Vocaª e eu somos feitos de hidrogaªnio, carbono e oxigaªnio, mas o fato de podermos ter essa conversa não éuma propriedade desses elementos individuais. ”

Embora muitas teorias tenham surgido, os cientistas ainda não sabem o que leva os elanãtrons a se emparelharem em temperaturas tão altas nesses materiais. A busca tem sido uma longa estrada - já se passaram 33 anos desde aquela noite maluca de Woodstock - mas Shen não se importa. Ele diz a seus alunos que um grande desafio cienta­fico écomo um quebra-cabea§a que vocêresolve uma pea§a por vez. Ferramentas melhores estãogradualmente trazendo o quadro completo em foco, diz ele, e já percorremos um longo caminho.