Um fluido quântico, ou superfluido, é um líquido capaz de escoar sem dissipar nenhuma energia. O superfluido pode ser produzido em laboratório com uma nuvem de átomos de lítio resfriada até quase o zero absoluto e que, ao ser chacoalhada, forma um padrão semelhante às pequenas ondulações que podem ser vistas na superfície de um copo d’água sobre um auto-falante emitindo som, as chamadas ondas de Faraday. À medida que a frequência do chacoalhar diminui, porém, o padrão uniforme de ondas se fragmenta em grãos de tamanho e espaçamento irregulares. Em um artigo publicado em março na revista Physical Review X, uma equipe de pesquisadores da Universidade Rice, Texas, Estados Unidos, e do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo, IFSC-USP, conseguiu pela primeira vez explicar a granulação do superfluido, graças a uma teoria mais detalhada da interação entre seus átomos.
Um dos autores do estudo, Vanderlei Bagnato, físico do IFSC-USP, explica no vídeo abaixo que a superfluidez é uma característica importante dos condensados de Bose-Einstein. “Condensado de Bose-Einstein é uma amostra gasosa, confinada por um potencial em que, por técnicas de resfriamento, chega bem próxima do zero absoluto, ocupando um único estado quântico”, diz.
Em seus experimentos em São Carlos, a equipe de Bagnato chacoalha condensados de Bose-Einstein, oscilando o próprio potencial elétrico que aprisiona os átomos resfriados. Já no trabalho que Bagnato e seus colegas do IFSC, Marios Tsatos e Gustavo Telles, realizaram em colaboração com Randall Hulet, Jason Nguyen e Henry Luo, da Universidade Rice, Texas, e Axel Lode, da Universidade de Viena, Áustria, o chacoalhar foi realizado ao variar a própria interação entre os átomos de lítio, por meio de um campo magnético.
De acordo com Bagnato, a teoria de campo médio, isto é, a teoria convencional utilizada pelos físicos para calcular as interações entre os átomos do condensado de Bose-Einstein, não dá conta de descrever a transição do padrão de ondas de Faraday no perfil de densidade do condensado para o processo de granulação. “Aplicando a teoria de múltiplos orbitais pudemos chegar mais perto da observação feita no laboratório”, explica. “É interessante, porque hoje a física vive um momento importante de buscar fenômenos experimentais onde possamos testar as teorias de muitos corpos que vão além das aproximações de campo médio.”
A pesquisa foi parcialmente financiada pela FAPESP.
Artigo Científico
Parametric Excitation of a Bose-Einstein Condensate: From Faraday Waves to Granulation
J. H. V. Nguyen, M. C. Tsatsos, D. Luo, A. U. J. Lode, G. D. Telles, V. S. Bagnato, and R. G. Hulet
Phys. Rev. X 9, 011052 (2019)
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