Nanotecnologia

Ondas de Kelvin quânticas são vistas pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/05/2014

Ondas de Kelvin são vistas em tornado quântico pela primeira vez
A descoberta deverá ajudar no estudo de supercondutores, computadores quânticos e até das estrelas de nêutrons.[Imagem: Enrico Fonda]

Reconexão

Quando você tira o tampão da pia, surge um tornado perfeito conforme a água escapa pelo ralo.

Esse vórtice, que emerge conforme a velocidade da água aumenta, obedece às leis da mecânica clássica.

Troque a água por hélio líquido - extremamente frio - e você observará o fluido girando em torno de uma linha invisível, formando um vórtice que obedece não às leis da mecânica clássica, mas da mecânica quântica.

E é aí que coisas interessantes acontecem.

Quando dois desses tornados quânticos se aproximam, eles flexionam e dançam, algumas vezes cruzando-se em um formato de X.

Quando suas pontas se tocam, contudo, eles se retraem violentamente, em um processo chamado reconexão.

As teorias e as simulações de computador sugeriam que, depois de se afastarem um do outro, os vórtices desenvolvem ondulações chamadas "ondas de Kelvin", para se livrar rapidamente da energia gerada pela reconexão e trazer o sistema novamente para o equilíbrio.

Contudo a existência dessas ondas nunca tinha sido comprovada experimentalmente.

Foi o que conseguiu agora Enrico Fonda e seus colegas da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, que obtiveram evidências visuais confirmando que a reconexão de vórtices quânticos emite ondas de Kelvin.

Supercondutores e estrelas de nêutrons

Embora a turbulência em fluidos clássicos seja bem compreendida, o entendimento da turbulência em fluidos quânticos pode oferecer informações não apenas sobre sistemas de átomos aprisionados - importantes para a computação quântica - e materiais supercondutores, mas também sobre fenômenos extremos, como as estrelas de nêutrons.

No caso dos supercondutores, onde os vórtices são particularmente importantes, as informações poderão ajudar a desenvolver materiais que permaneçam supercondutores sob densidades de corrente mais altas.

"Estas primeiras observações das ondas de Kelvin certamente vão levar a novas experiências interessantes que ultrapassam os limites do nosso conhecimento destes movimentos quânticos exóticos," disse o professor Daniel Lathrop, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Direct observation of Kelvin waves excited by quantized vortex reconnections
Enrico Fonda, David P. Meichle, Nicholas T. Ouellette, Sahand Hormoz, Daniel P. Lathrop
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1073/pnas.1312536110
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