Experimento “maluco” revela o que aconteceria se você tocasse em um superfluido quântico
Um experimento recente trouxe novas perspectivas sobre a experiência tátil de interagir com um superfluido quântico.
Cientistas conduziram um experimento imergindo uma sonda especializada, do tamanho de um dedo, em um isótopo de hélio super-resfriado, aproximando-se da temperatura absoluta zero, e documentando meticulosamente suas características físicas.
Esta pesquisa representa um marco significativo, oferecendo um vislumbre das sensações que alguém poderia experimentar ao interagir com o reino quântico. Notavelmente, essa exploração não envolveu suportar graves queimaduras de frio ou perturbar o experimento.
Samuli Autti, um físico da Universidade de Lancaster no Reino Unido, que liderou o estudo, afirmou: “Em termos práticos, não sabemos a resposta para a pergunta ‘como é tocar na física quântica?'” Ele enfatizou que essas condições experimentais eram extremas e intrincadas. No entanto, agora ele é capaz de descrever a sensação de imergir a mão em sistema quântico, uma questão não respondida na história centenária da física quântica. O estudo demonstra que, pelo menos no caso do hélio-3 superfluido, essa pergunta pode ser abordada.
Os superfluidos são um estado único da matéria caracterizado por viscosidade ou atrito zero. Dois isótopos de hélio podem formar superfluidos. Quando o isótopo hélio-4 é resfriado até um pouco acima do zero absoluto, seus bósons se aglomeram em uma montagem de alta densidade de átomos que se comportam como um único superátomo.
Por outro lado, o hélio-3 se comporta de maneira diferente. Seus núcleos são férmions, partículas com propriedades de rotação distintas dos bósons. Quando resfriados abaixo de uma temperatura específica, os férmions formam pares de Cooper, cada um consistindo em dois férmions que juntos funcionam como um bóson composto. Esses pares de Cooper imitam os bósons e podem criar um superfluido.
A equipe de Autti estava experimentando com o hélio-3 superfluido férmion e descobriu que poderiam inserir um fio nele sem quebrar os pares de Cooper ou perturbar o fluxo do superfluido. Isso os levou a projetar uma sonda para investigar as propriedades do fluido de perto.
O que eles descobriram foi bastante incomum. A superfície do superfluido parecia criar uma camada independente bidimensional que transportava eficientemente o calor para longe da haste. Sob essa camada, a maior parte do superfluido comportava-se como um vácuo, permanecendo completamente passivo e desprovido de qualquer sensação tátil.
A única parte do superfluido que interagiu com a sonda foi essa camada bidimensional. O acesso ao núcleo exigia uma infusão substancial de energia. Consequentemente, as propriedades termomecânicas do superfluido eram principalmente determinadas por essa camada bidimensional.
Autti explicou: “Esse líquido teria uma sensação bidimensional se você pudesse inserir o dedo nele. O núcleo do superfluido parece vazio, enquanto o calor flui em um subsistema bidimensional ao longo das bordas do núcleo – ou seja, ao longo do seu dedo.”
Ele enfatizou ainda que essa descoberta redefinia nossa compreensão do hélio-3 superfluido, o que é potencialmente mais significativo para os cientistas do que experimentar a física quântica em primeira mão.
As implicações dessa pesquisa são profundas. O hélio-3 superfluido é conhecido por sua extrema pureza e desperta grande interesse científico no estudo de estados de matéria coletiva, como superfluidos. Compreender o comportamento de sua camada bidimensional pode fornecer insights valiosos sobre o comportamento de quasipartículas, defeitos topológicos e estados de energia quântica.
Os pesquisadores concluem que essas linhas de pesquisa têm o potencial de revolucionar nossa compreensão desse versátil sistema quântico macroscópico. Isso poderia abrir caminho para avanços significativos na exploração das propriedades quânticas e na compreensão dos superfluidos, expandindo nosso conhecimento sobre os mistérios do universo quântico. [Science Alert]
