Os Nobel de Física e Química de 2025: entre o invisível das partículas e a arquitetura das moléculas

A interseção entre o infinitesimamente pequeno e o mundo real

Em outubro de 2025, a Real Academia das Ciências da Suécia concedeu dois prêmios Nobel cujas descobertas, embora distintas em objeto, compartilham uma ambição comum: mostrar que os fenômenos do mundo quântico — aquele universo das partículas invisíveis onde vigoram regras aparentemente absurdas — não são uma abstração confinada aos livros de física, mas uma força que molda tecnologias presentes em bilhões de bolsos e casas ao redor do planeta. O Nobel de Física distinguiu John Clarke, Michel Devoret e John Martinis pela demonstração de que o tunelamento quântico e a quantização de energia podem ocorrer em circuitos elétricos macroscópicos. O de Química celebrou Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar Yaghi pela criação de estruturas metal-orgânicas (MOFs), uma nova classe de materiais porosos com cavidades projetáveis para armazenar gases, purificar água e conduzir reações químicas. Juntos, esses prêmios pintam um retrato da ciência contemporânea: um campo onde a investigação fundamental do infinitamente pequeno se entrelaça, décadas depois, com soluções para alguns dos maiores desafios da humanidade.

Nobel de Física: quando bilhões de partículas obedecem à mecânica quântica

O Prêmio Nobel de Física de 2025 foi concedido "pela descoberta do tunelamento quântico macroscópico e da quantização de energia em um circuito elétrico". A formulação é técnica, mas a ideia subjacente é fascinante: Clarke, Devoret e Martinis demonstraram, entre 1984 e 1985, na Universidade da Califórnia em Berkeley, que um circuito composto por bilhões de partículas podia agir como se fosse uma única partícula gigante, obedecendo às mesmas regras da mecânica quântica que descrevem elétrons isolados.

De partículas individuais a circuitos supercondutores

Para entender o feito, é preciso recuar até a física de materiais extremos. Quando certos metais são resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto, elétrons formam pares coordenados chamados pares de Cooper e conduzem corrente sem resistência — fenômeno conhecido como supercondutividade. Clarke, Devoret e Martinis construíram um circuito com dois supercondutores separados por uma fina camada isolante, formando o que se chama junção Josephson. Nesse arranjo, todos os pares de Cooper do circuito se comportam coletivamente como uma única função de onda quântica.

A descoberta central foi dupla. Primeiro, o sistema conseguia "atravessar" uma barreira de energia por tunelamento quântico — um comportamento que, no mundo microscópico, permite a uma partícula aparecer do outro lado de uma barreira que, pela física clássica, seria impenetrável. Segundo, o circuito absorvia e emitia energia apenas em quantidades específicas e discretas, fenômeno chamado quantização de energia. Ambos os comportamentos são previstos pela mecânica quântica para partículas individuais; mostrá-los em um sistema macroscópico contendo bilhões de partículas foi revolucionário.

O salto do experimento para a tecnologia

O trabalho do trio não permaneceu confinado ao laboratório. John Martinis utilizou os princípios de quantização demonstrados com Clarke e Devoret para construir os primeiros protótipos de bits quânticos, os qubits, blocos fundamentais dos computadores quânticos. "Estamos completamente atordoados. Na época, não percebemos de nenhuma forma que isso pudesse ser a base para um Prêmio Nobel", disse Clarke ao receber a notícia. Essa aparente modéstia é reveladora: a descoberta, feita há cerca de 40 anos, abriu caminho para tecnologias que hoje formam a espinha dorsal da computação quântica, dos sensores de precisão e da criptografia avançada.

Como lembrou Olle Eriksson, presidente do Comitê Nobel de Física, "é maravilhoso celebrar como a mecânica quântica, criada há mais de um século, ainda oferece novas surpresas — e continua sendo a base de toda a tecnologia digital". Os telefones móveis, as câmeras digitais, os cabos de fibra ótica — todos dependem, em última instância, de princípios quânticos cuja exploração completa ainda está em curso.

Nobel de Química: construir "quartos" dentro das moléculas

Se o Nobel de Física revelou que o mundo quântico pode se manifestar em circuitos visíveis a olho nu, o de Química empurrou a fronteira oposta: a construção deliberada de estruturas moleculares com grandes cavidades internas, projetadas para capturar, armazenar e liberar substâncias específicas. Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar Yaghi foram laureados "pelo desenvolvimento de estruturas metal-orgânicas", materiais que o Comitê Nobel descreveu como uma "nova forma de arquitetura molecular".

A origem modestíssima de uma revolução química

A história começa de forma surpreendentemente comum. Em 1974, Richard Robson, da Universidade de Melbourne, na Austrália, preparava uma aula e encomendou um jogo de peças de madeira com bolas que representavam átomos, para que os alunos pudessem montá-las e construir estruturas moleculares. As bolas tinham furos posicionados de acordo com as propriedades de ligação de cada átomo. Foi ao observar essas peças que Robson teve um insight: e se, em vez de conectar átomos individuais, fosse possível conectar moléculas inteiras?

A ideia permaneceu adormecida por mais de uma década. Quando finalmente a colocou à prova, Robson se inspirou na estrutura do diamante — onde cada átomo de carbono se liga a quatro vizinhos — e tentou reproduzir esse padrão com íons de cobre positivos e uma molécula de quatro braços terminados em grupos nitrila. O resultado, divulgado em 1989, foi um cristal que parecia um diamante cheio de cavidades: uma estrutura organizada com grandes espaços vazios em seu interior. O problema era que a construção era instável e colapsava com facilidade.

Coube a Susumu Kitagawa, da Universidade de Kyoto, demonstrar, em 1997, que era possível criar estruturas metal-orgânicas que permaneciam estáveis mesmo após a remoção da água de suas cavidades — capazes de absorver e liberar gases como metano, nitrogênio e oxigênio sem perder sua forma. Kitagawa também previu e realizou a síntese de MOFs flexíveis, que se expandem quando cheios e contraem quando esvaziados, ajustando-se a diferentes moléculas ou condições externas.

Já Omar Yaghi, da Universidade da Califórnia em Berkeley, foi quem cunhou o termo "metal-organic framework" em 1995 e criou, em 1999, o MOF-5 — uma estrutura tão estável que suportava temperaturas de 300 graus Celsius mesmo vazia. A proeza do MOF-5 é quase inacreditável: poucos gramas do material possuem uma superfície interna equivalente à de um campo de futebol, capacidade possibilitada pela rede tridimensional de íons metálicos e moléculas orgânicas formando milhões de cavidades microscópicas interconectadas.

Aplicações que vão da água no deserto à captura de carbono

As estruturas metal-orgânicas combinadas por íons metálicos (como zinco, ferro, cobalto) e longas moléculas orgânicas à base de carbono podem ser projetadas para separar substâncias específicas, conduzir reações químicas, conduzir eletricidade ou armazenar gases. Alguns MOFs são capazes de coletar água do ar em zonas desérticas — o MOF-801, à base de zircônio, colhe 2,8 litros de água por quilograma de material por dia mesmo com umidade relativa de apenas 20% a 30%. Outros capturam dióxido de carbono de forma eficiente, ou separam substâncias perfluoroalquiladas (PFAS, os "produtos químicos eternos") da água potável.

A pesquisadora Regina Frem, do Instituto de Química da Unesp, câmpus de Araraquara, que desenvolve pesquisas com MOFs há mais de uma década, afirma que o Nobel "chama a atenção para as contribuições que essa classe fascinante de materiais pode oferecer à resolução de alguns problemas urgentes, como a crise hídrica e climática". Yaghi fundou a empresa Atoco para desenvolver soluções comerciais de captação de água e captura de carbono — dois dos problemas mais prementes da emergência climática atual.

Contrapontos e limites: o que os Nobel não resolvem

É preciso reconhecer os limites das descobertas premiadas. No caso dos circuitos quânticos, o principal desafio permanece a decoerência — a interação do sistema quântico com o ambiente externo, que destrói os estados quânticos antes que cálculos úteis possam ser realizados. Os computadores quânticos baseados em supercondutores, como os desenvolvidos por empresas como Google e IBM, ainda operam em condições de isolamento extremo e requerem refrigeração a temperaturas próximas do zero absoluto, o que limita sua escalabilidade prática.

Quanto aos MOFs, o principal entrave é econômico. A produção em larga escala desses materiais enfrenta obstáculos significativos: alto custo de fabricação, uso de componentes caros e processos que exigem muita energia. Como lembra Regina Frem, "é necessário um esforço coordenado entre academia e indústria para encontrar formas de produção em larga escala que sejam ambientalmente sustentáveis". A promessa dos MOFs como "material do século XXI" ainda não se materializou em escala industrial. Muitos dos experimentos de aplicação mencionados permanecem em estágios de laboratório ou demonstração piloto, e a estrada entre o resultado promissor e o produto comercializável é longa e incerta.

Há também uma crítica recorrente ao próprio formato do Prêmio Nobel: a descoberta científica contemporânea é cada vez mais coletiva e interdisciplinar, mas o prêmio continua limitado a no máximo três indivíduos. Muitas das tecnologias derivadas dos trabalhos laureados envolveram milhares de pesquisadores que não receberam reconhecimento formal. Esse limite estrutural não diminui o mérito dos laureados, mas merece ser registrado como uma tensão inerente ao sistema de prêmios.

Cenários futuros: do laboratório para o mundo real

As implicações de longo prazo dos trabalhos laureados são profundas. No campo da computação quântica, os circuitos supercondutores desenvolvidos a partir das descobertas de Clarke, Devoret e Martinis são uma das principais plataformas sendo exploradas por gigantes como Google, IBM e startups como Qolab (onde Martinis atua como diretor de tecnologia). Estima-se que um computador quântico suficientemente poderoso poderia resolver em segundos problemas que levariam anos nos melhores supercomputadores clássicos — desde simulação de moléculas para desenvolvimento de medicamentos até otimização logística de escala planetária.

Para os MOFs, as projeções são igualmente ambiciosas. A União Europeia já financia projetos como PORECAPTURE e MOST-H2 para explorar o uso dessas estruturas em membranas de captura de carbono e armazenamento de hidrogênio, respectivamente. Pesquisadores brasileiros, como a engenheira química Liane Rossi, da USP, trabalham com MOFs para condicionamento de solos agrícolas e captura de carbono edáfico. A engenheira Christiane Arruda, da Unifesp, desenvolve sistemas que combinam MOFs com fotocatálise para remover contaminantes como fármacos e hormônios da água de abastecimento — um problema crescente de contaminação ambiental.

No cenário mais otimista, MOFs podem se tornar componentes essenciais de sistemas de coleta de água em regiões áridas, de captura de emissões de usinas termelétricas, de purificação de água e até de administração controlada de medicamentos. No cenário mais cauteloso, muitos desses usos permanecem no domínio do laboratório por décadas, aguardando avanços em síntese, escalabilidade e redução de custos que ainda não ocorreram.

Uma ciência que conecta séculos

Os Nobel de Física e Química de 2025 ilustram uma verdade frequentemente ignorada pelo público: o tempo entre uma descoberta fundamental e sua aplicação tecnológica transformadora pode ser de décadas. Clarke, Devoret e Martinis fizeram suas experiências em circuitos supercondutores em 1984 e 1985; apenas agora a comunidade científica reconhece plenamente o alcance de suas contribuições. Robson teve a ideia original para as estruturas metal-orgânicas em 1974, mas levou até 1989 para concretizá-la em um trabalho publicável, e mais anos ainda para que outros construíssem sobre suas fundações.

Ambos os prêmios carregam, também, uma mensagem sobre a natureza da ciência. O trabalho de Clarke, Devoret e Martinis demonstrou que os limites entre o mundo clássico e o mundo quântico não são tão rígidos quanto se supunha — e que bilhões de partículas podem se comportar de forma coordenada e coerente, como previsto pela teoria. O trabalho de Kitagawa, Robson e Yaghi mostrou que químicos podem, agora, projetar materiais com funções específicas, como arquitetos que escolhem cada bloco e cada cômodo. Essas não são apenas conquistas técnicas; são expansões da imaginação humana sobre o que é possível fazer com a matéria.

A ciência segue seu curso, paciente e incremental, acumulando descobertas que podem levar gerações para revelar todo seu potencial. Os Nobel de 2025 nos recordam que investir em investigação fundamental — mesmo quando seus resultados parecem distantes da vida cotidiana — é investir em um futuro cujas fronteiras ainda não conseguimos enxergar com clareza.

Este artigo foi elaborado com apoio de inteligência artificial generativa como ferramenta de assistência à redação. O conteúdo foi revisado e validado antes da publicação. As análises e opiniões expressas são de responsabilidade do autor e não constituem aconselhamento jurídico.