Físicos nos Estados Unidos, A Áustria e o Brasil mostraram que a agitação de condensados ​​de Bose-Einstein (BECs) ultracold pode fazer com que eles se dividam em segmentos uniformes ou se quebrem em estilhaços imprevisíveis, dependendo da frequência da agitação.

"É notável que o mesmo sistema quântico possa dar origem a fenômenos tão diferentes, "disse o físico Randy Hulet da Rice University, coautor de estudo sobre o trabalho publicado hoje online na revista Revisão Física X . O laboratório de Hulet conduziu os experimentos do estudo usando BECs de lítio, minúsculas nuvens de átomos ultracold que marcham em sincronia como se fossem uma única entidade, ou onda de matéria. "A relação entre esses estados pode nos ensinar muito sobre fenômenos quânticos complexos de muitos corpos."

A pesquisa foi conduzida em colaboração com físicos da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien) da Áustria e da Universidade de São Paulo em São Carlos.

Os experimentos remetem à descoberta de Michael Faraday em 1831 de que padrões de ondulações foram criados na superfície de um fluido em um balde que foi sacudido verticalmente em certas frequências críticas. Os padrões, conhecidas como ondas Faraday, são semelhantes aos modos ressonantes criados em peles e placas vibratórias.

Para investigar as ondas de Faraday, a equipe confinou BECs a um guia de onda linear unidimensional, resultando em um BEC em forma de charuto. Os pesquisadores então sacudiram os BECs usando um fraco, campo magnético de oscilação lenta para modular a força das interações entre os átomos no guia de onda 1D. O padrão Faraday surgiu quando a frequência de modulação foi sintonizada perto de uma ressonância de modo coletivo.

Mas a equipe também percebeu algo inesperado:quando a modulação era forte e a frequência estava muito abaixo da ressonância de Faraday, o BEC se partiu em "grãos" de tamanhos variados. Jason Nguyen, cientista pesquisador de arroz, co-autor principal do estudo, descobriram que os tamanhos dos grãos foram amplamente distribuídos e persistiram por tempos ainda mais longos do que o tempo de modulação.

"A granulação é geralmente um processo aleatório que é observado em sólidos, como vidro quebrado, ou a pulverização de uma pedra em grãos de tamanhos diferentes, "disse o co-autor do estudo Axel Lode, que possui nomeações conjuntas na TU Wien e no Instituto Wolfgang Pauli da Universidade de Viena.

As imagens do estado quântico do BEC eram idênticas em cada experimento de onda de Faraday. Mas nos experimentos de granulação, as imagens pareciam completamente diferentes a cada vez, mesmo que os experimentos tenham sido realizados em condições idênticas.

Lode disse que a variação nos experimentos de granulação surgiu de correlações quânticas - relações complicadas entre partículas quânticas que são difíceis de descrever matematicamente.

"Uma descrição teórica das observações provou ser um desafio porque as abordagens padrão não foram capazes de reproduzir as observações, particularmente a ampla distribuição de tamanhos de grãos, "Lode disse. Sua equipe ajudou a interpretar os resultados experimentais usando um método teórico sofisticado, e sua implementação em software, que foi responsável por flutuações quânticas e correlações que as teorias típicas não abordam.

Hulet, Fayez Sarofim, Professor de Física e Astronomia de Rice, e membro do Rice Center for Quantum Materials (RCQM), disse que os resultados têm implicações importantes para as investigações de turbulência em fluidos quânticos, um problema não resolvido na física.