Um experimento finalmente revelou como seria tocar um superfluido quântico. Os físicos mergulharam uma sonda especial do tamanho de um dedo em um isótopo de hélio resfriado a apenas um pouquinho acima do zero absoluto e registraram as propriedades físicas ali contidas.
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É, dizem eles, a primeira vez que temos uma ideia de como seria o Universo quântico. E ninguém teve que sofrer queimaduras horríveis ou arruinar um experimento para descobrir de verdade.
“Em termos práticos, não sabemos a resposta à pergunta ‘qual é a sensação de tocar na física quântica?'”, diz o físico Samuli Autti, da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, que liderou a pesquisa.
“Essas condições experimentais são extremas e as técnicas complicadas, mas agora posso dizer como seria se você pudesse colocar a mão neste sistema quântico. Ninguém foi capaz de responder a essa pergunta durante os 100 anos de história da física quântica. Mostramos agora que, pelo menos no superfluido 3 He, esta questão pode ser respondida.”
Superfluidos são um estado da matéria que se comporta como um fluido com viscosidade ou atrito zero. Existem dois isótopos de hélio que podem criar um superfluido. Quando resfriados até um pouco acima do zero absoluto (-273,15 graus Celsius ou -459,67 graus Fahrenheit), os bósons do isótopo hélio-4 desaceleram o suficiente para se sobreporem em um aglomerado de átomos de alta densidade que se comporta como um superátomo.
O Hélio-3 é um pouco diferente. Seus núcleos são férmions, uma classe de partículas que giram de forma diferente dos bósons. Quando resfriados abaixo de uma certa temperatura, os férmions ficam unidos nos chamados pares de Cooper, cada um composto de dois férmions que juntos formam um bóson composto. Esses pares de Cooper se comportam exatamente como bósons e podem, portanto, formar um superfluido.
Autti e sua equipe vêm experimentando o superfluido fermiônico de hélio-3 há algum tempo e descobriram que, embora os pares de Cooper sejam bastante frágeis, os pesquisadores podem colocar um fio dentro sem quebrar os pares, ou mesmo interromper o fluxo do superfluido. Então a equipe decidiu projetar uma sonda para estudar as propriedades do fluido de perto e pessoalmente.
E, bem, é meio estranho. A superfície do fluido parece formar uma camada bidimensional independente que transporta o calor para longe da haste. A maior parte do superfluido abaixo dele age quase como um vácuo; é totalmente passivo e não parece nada, descobriram os pesquisadores.
A única parte do fluido que interagiu com a sonda foi a camada superficial bidimensional. A maior parte só se torna acessível se uma enorme explosão de energia for transmitida a ela. As propriedades termomecânicas do superfluido são inteiramente definidas por essa camada bidimensional.
“Este líquido pareceria bidimensional se você pudesse enfiar o dedo nele. A maior parte do superfluido parece vazia, enquanto o calor flui em um subsistema bidimensional ao longo das bordas da massa – em outras palavras, ao longo do seu dedo,” Autti diz.
“Isso também redefine nossa compreensão do superfluido [Hélio-3]. Para o cientista, isso pode ser ainda mais influente do que a física quântica prática.”
As implicações, dizem os pesquisadores, são profundas. O superfluido de hélio-3 é o material mais puro conhecido e, como tal, é de intenso interesse científico para o estudo de estados coletivos da matéria, como os superfluidos. Compreender como sua camada bidimensional se comporta poderia lançar luz sobre o comportamento das quasipartículas, defeitos topológicos e estados de energia quântica.
“Esses caminhos de pesquisa”, escrevem os pesquisadores, “têm o potencial de transformar nossa compreensão deste versátil sistema quântico macroscópico”.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
