Criostato giratório com o superfluido hélio próximo ao zero absoluto (esquerda); um modelo inovador de um vórtice dentro de um recipiente (à direita) semelhante ao que está dentro do criostato. Os vórtices reais são perfeitamente uniformes, enquanto no modelo, o vórtice varia em espessura. Crédito:Aalto University
Compreender as causas e efeitos do atrito pode abrir caminho para explorações na composição das estrelas de nêutrons e nosso universo. Aqui na Terra, os resultados dos pesquisadores da Aalto serão inestimáveis para reduzir a produção de calor e falhas indesejadas nos componentes do computador quântico.
"Por enquanto, temos que estudar o próprio fenômeno com mais profundidade, antes que possamos ter uma visão exaustiva o suficiente para ser aplicada à pesquisa experimental e tecnologias em desenvolvimento, "observa Jere Mäkinen, pesquisador de doutorado na Aalto University.
Os pesquisadores giraram um recipiente cheio de isótopos de hélio-3 superfluido próximo à temperatura zero absoluta. O fluido rotativo imita o movimento de corpos sólidos, criando minúsculo, furacões idênticos chamados vórtices.
Quando os vórtices estão em movimento laminar estável e ordenado a temperatura zero, em oposição à turbulência caótica infinita, não deve haver atrito nem meios para um vórtice transferir qualquer energia cinética para o seu entorno.
No entanto, é exatamente isso que Mäkinen e seu supervisor, Dr. Vladimir Eltsov, agora descobriram que acontecem.
"O que suspeitamos pode ser uma fonte de atrito são quase-partículas presas nos núcleos dos vórtices. Quando os vórtices se aceleram, as partículas ganham energia cinética que se dissipa para as partículas circundantes e cria atrito, "explica Mäkinen.
"Em sistemas turbulentos, a energia cinética sempre se dissipa do movimento dos vórtices, mas até agora todos pensavam que, quando os vórtices estão em movimento laminar, a dissipação de energia é zero à temperatura zero. Mas acontece, não é, "continua Vladimir Eltsov.
Mäkinen compara a dissipação de calor a sacudir uma caixa cheia de bolas de tênis de mesa:elas ganham energia cinética com a caixa em movimento e as outras bolas quicando.
Evitando que os vórtices dissipem o calor e, portanto, o atrito, seria, por exemplo, melhorar o desempenho e a capacidade de reter dados em componentes supercondutores usados para construir computadores quânticos.
Uma estrela de nêutrons em um laboratório - o primeiro passo para entender a turbulência
O Santo Graal dos estudos sobre turbulência quântica é entender e explicar a turbulência nos líquidos e gases do dia-a-dia. O trabalho de Mäkinen e Eltsov é um passo inicial para lidar com o funcionamento interno dos vórtices em superfluidos. De lá, pode-se passar a compreender a turbulência em nosso ambiente cotidiano, em um estado 'clássico'.
As implicações podem girar setores inteiros. Novas maneiras de melhorar a aerodinâmica de aviões e veículos de todos os tipos ou controlar o fluxo de óleo ou gás em dutos se abririam, apenas para citar alguns.
Mistérios do universo também estão contidos nesses experimentos. Desabou, Acredita-se que estrelas de nêutrons massivamente pesadas contêm sistemas superfluidos complexos. Falhas e anomalias, como mudanças repentinas na velocidade de rotação das estrelas, pode ser causado por rajadas de vórtices e dissipação de energia semelhante à agora descoberta nos experimentos da Universidade de Aalto.
