O Triplo Furo de Pesquisa e a Fenda do Val d’Orco: Como J. Michael Kosterlitz Transformou a Frustração em Física Topológica

Durante um experimento de graduação no Gonville and Caius College, em Cambridge, no início dos anos 1960, um tubo de ensaio contendo um líquido não identificado mudou bruscamente de cor e explodiu. Para J. Michael Kosterlitz — nascido em Aberdeen em 22 de junho de 1943, após seus pais, Hans Walter e Johanna Maria Kosterlitz, fugirem da Alemanha nazista em 1934 —, aquele acidente de laboratório selou um veredito definitivo. Combinado a um daltonismo para as cores vermelha e verde que tornava impossível a leitura dos tubos de ensaio, ele abandonou definitivamente a química para se dedicar à física.

Tubos Explosivos e Paredões no Fim de Semana

Os anos de graduação de Kosterlitz, entre 1961 e 1965, foram definidos menos pelas salas de aula e mais por severas paredes verticais de rocha. Ao se juntar ao Clube de Escalada de Cambridge, ele passava os fins de semana dirigindo em alta velocidade rumo ao norte de Gales, Glencoe e Ben Nevis. Obcecado pelos riscos da altitude, frequentemente perdia as aulas das manhãs de segunda-feira por estar dormindo. Sem anotações próprias, Kosterlitz precisou recorrer a cadernos emprestados pouco antes dos exames finais, concluindo sua graduação em 1965 com uma menção de classe média-alta (upper second-class honors), e não com a classificação de primeira classe esperada de quem possuía uma bolsa de estudos de grande prestígio.

A Rota do Val d'Orco e um Prazo Perdido

Após concluir seu doutorado em Oxford em 1969 com uma tese sobre a física das interações fortes, Kosterlitz obteve uma bolsa de pós-doutorado da Royal Society na Itália. Ele escolheu o Istituto di Fisica Teorica, em Turim, em parte para trabalhar próximo ao físico teórico Sergio Fubini, mas sobretudo porque a localização oferecia acesso imediato aos Alpes. Nas paredes de granito do Val d'Orco, ele abriu uma famosa e extenuante escalada em fenda conhecida como Fessura Kosterlitz, uma rota que permaneceu sem ser repetida por uma década. Seu percurso acadêmico, contudo, enfrentou atritos administrativos. Kosterlitz perdeu o prazo de inscrição para uma vaga de pós-doutorado no CERN, ficando diante do risco do desemprego até aceitar, em 1970, uma bolsa de três anos na Universidade de Birmingham.

Três Furos de Pesquisa e uma Porta em Birmingham

Em Birmingham, Kosterlitz dedicou-se a cálculos de alta energia no modelo de ressonância dual, um precursor da teoria das cordas. Contudo, seu progresso foi seguidamente interrompido. Em três ocasiões consecutivas, no momento em que se preparava para publicar seus extensos cálculos, um grupo de pesquisa da Universidade da Califórnia em Berkeley publicou pré-impressões contendo exatamente os mesmos resultados. Frustrado por ser ultrapassado três vezes seguidas, Kosterlitz abandonou o tema de altas energias e percorreu os corredores do prédio de física matemática batendo de porta em porta à procura de um novo problema teórico. Essa busca culminou no gabinete de David Thouless, que o apresentou às transições de fase bidimensionais, defeitos topológicos, vórtices em filmes finos de hélio-4 e discordâncias cristalinas.

Seis Meses de Isolamento e um Avanço Topológico

Embora a mecânica estatística não fizesse parte da formação principal de Kosterlitz, a descrição fornecida por Thouless sobre as transições de fase mediadas por defeitos oferecia um mecanismo físico fascinante. Para construir a estrutura teórica necessária, Kosterlitz passou seis meses estudando o artigo de Phil Anderson sobre o problema de Kondo para dominar os métodos de grupo de renormalização. Em 1974, ele publicou seu artigo marco sobre o modelo de rotor planar bidimensional do hélio-4 superfluido, demonstrando como pares ligados de vórtices com cargas opostas se desvinculam em uma temperatura crítica para alterar o estado da matéria.

Esse trabalho teórico derrubou a antiga premissa de que transições de fase não poderiam existir em sistemas bidimensionais. Ao demonstrar como defeitos topológicos governam as mudanças de fase em filmes finos, Kosterlitz estabeleceu as bases da física topológica moderna — uma conquista que acabou por render a ele e a Thouless o Prêmio Nobel de Física em 2016.

Imagem de capa: ilustração gerada por IA; não é uma fotografia documental.

Fonte: Nobel Prize J. Michael Kosterlitz