Um estudo realizado por cientistas da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade de Florença (Itália) demonstrou que o fenômeno da turbulência ocorre também no condensado de Bose-Einstein – uma fase da matéria formada por átomos em temperaturas próximas do zero absoluto e que permite a observação de efeitos quânticos em escala macroscópica.
Segundo o autor principal do estudo, Vanderlei Salvador Bagnato, do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da USP, até agora os fenômenos de turbulência eram estudados em modelos de hélio líquido a baixíssimas temperaturas. No entanto, nesses modelos, a formação de vórtices não pode ser observada a olho nu.
“A vantagem é que no condensado de Bose-Einstein podemos observar esses fenômenos diretamente. Sabendo que a turbulência quântica está associada a qualquer superfluido quântico – e não apenas ao hélio líquido – temos novos caminhos de investigação à disposição”.
O grupo, liderado por Bagnato, está ligado ao Centro de Óptica e Fotônica (Cepof) de São Carlos – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) da FAPESP, coordenado pelo pesquisador.
Turbulências são fenômenos que ocorrem em fluidos – líquidos e gases –, geralmente submetidos a movimentos completamente desordenados, conhecidos como vórtices. “Quando um fluido apresenta muitos vórtices em movimento completamente desordenado, caracteriza-se a turbulência. Trata-se de um fenômeno muito difícil de ser estudado e, atualmente, é uma das principais fronteiras do conhecimento na física”.
Até agora, no entanto, o hélio líquido era o único sistema quântico à disposição para análise dos fenômenos de turbulência. “Aprendeu-se muito, mas ainda há um longo caminho pela frente, porque não é possível observar a olho nu a turbulência no hélio líquido, como observamos a turbulência em uma xícara de café, por exemplo”.
Em 1995, surgiu um novo superfluido: o condensado de Bose-Einstein. A existência desse estado da matéria foi prevista por Albert Einstein em 1925, a partir do trabalho de Satyendra Nath Bose, como consequência teórica da mecânica quântica. Mas apenas 70 anos depois, na Universidade do Colorado (Estados Unidos), Eric Cornell e Carl Wieman produziram pela primeira vez o condensado – recebendo, por conta disso, o Prêmio Nobel da Física, em 2001.
“Esse condensado se transforma em um superfluido quando é submetido a uma temperatura próxima do zero absoluto. A questão era saber se nesse sistema também há possibilidade de existência do fenômeno da turbulência”.
“A questão da turbulência nos superfluidos líquidos é uma área de pesquisa muito ativa. Sabia-se que seria importante identificar outros superfluidos que permitissem fazer esse estudo, porque essa nova opção criaria situações alternativas de investigação”.
No caso do hélio líquido é preciso diminuir a temperatura do fluido ainda mais do que na produção do condensado de Bose-Einstein: a 80 nanokelvin – ou seja, 80 bilionésimos acima do zero absoluto.
“É muito mais fácil produzir o Bose-Einstein, que é menos denso e apresenta vórtices maiores, sendo também um fluido quântico. Agora verificou-se que a turbulência ocorre também no condensado, onde podemos observar esses fenômenos a olho nu. Poderemos estudar coisas que seriam de realização impossível com o hélio líquido”.
Os experimentos são feitos em armadilhas de átomos com resfriamento a laser, dentro da chamada condensação de Bose-Einstein. O condensado não existe naturalmente no Universo e, por isso, é preciso produzi-lo em laboratório.
O artigo Emergence of turbulence in an oscillating Bose-Einstein condensate , de Vanderlei Salvador Bagnato e outros, pode ser lido por assinantes da Physical Review Letters em http://prl.aps.org.
Fonte:Fapesp e Serway.
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