Quando um recipiente de óleo de silicone ou outro líquido semelhante é sacudido verticalmente com frequência regular, Gotículas de 1 milímetro do mesmo líquido colocadas na superfície do líquido parecem "caminhar" através da superfície a velocidades de cerca de 1 cm / segundo, impulsionado por suas próprias ondas. Em um novo estudo, os físicos descobriram que essas gotículas ambulantes podem ser muito maiores (até 2,8 mm de diâmetro) e mais rápidas (5 cm / segundo) do que o observado anteriormente. Esses "superwalkers" exibem uma ampla gama de comportamentos nunca antes vistos, incluindo novos movimentos sincronizados.

Uma das características interessantes dos caminhantes é que, enquanto seus movimentos podem ser completamente explicados pela mecânica clássica, alguns de seus comportamentos imitam certos fenômenos quânticos que normalmente existem apenas na escala atômica. Exemplos de tais recursos incluem tunelamento, órbitas quantizadas, e correlações entre várias gotas. Num sentido, a mecânica da gota pode ser vista como uma combinação da mecânica clássica e quântica, onde os comportamentos de partícula e onda coexistem.

Pesquisadores Rahil Valani e Anja Slim na Monash University, e Tapio Simula na Swinburne University of Technology, publicaram um artigo sobre os superwalkers em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Superwalkers abrem um mundo totalmente novo para explorar dentro da área de pesquisa de gotas ambulantes que já mostraram comportamentos exóticos, "Simula disse Phys.org .

Para criar um andador de tamanho normal, um recipiente de líquido é sacudido verticalmente em uma frequência regular, como 80 Hz. No novo estudo, os pesquisadores mostraram que quando o líquido é conduzido simultaneamente por duas frequências - por exemplo, 80 Hz e sua frequência sub-harmônica de 40 Hz - gotículas colocadas na superfície tornam-se superwalkers. Para criar os superwalkers, os pesquisadores usaram uma seringa (para superwalkers maiores) ou submergiram rapidamente e extraíram uma agulha do líquido (para os menores).

Devido ao seu grande tamanho, superwalkers têm grande inércia, o que significa que eles resistem à mudança. Os superwalkers podem usar sua inércia para superar a barreira das ondas que normalmente impede os caminhantes de entrarem em contato uns com os outros. Como resultado, esses superwalkers podem interagir mais fortemente uns com os outros devido aos seus campos de onda sobrepostos. Essa interação leva a uma grande quantidade de comportamentos novos e interessantes, alguns dos quais são mostrados nos vídeos.

Por exemplo, superwalkers podem se unir em pares ou grupos, separados apenas por uma camada muito fina de ar. Se eles tiverem tamanhos diferentes, eles se movem em um caminho circular, mas se eles tiverem o mesmo tamanho, eles viajam em linha reta.

Sob outras condições, superwalkers se comportam como "perseguidores, "onde superwalkers menores perseguirão os maiores, às vezes formando longos trens. Outros tempos, os superwalkers formam "pares de passeio, "em que eles caminham lado a lado, quicando um no outro.

Às vezes, os superwalkers orbitam uns aos outros, como estrelas binárias, que é algo que caminhantes de tamanho normal também fazem. Mas os superwalkers exibem a nova característica de inverter intermitentemente sua direção orbital se um superwalker for maior que o outro.

Ajustando as amplitudes e frequências de oscilação, os pesquisadores descobriram outros novos comportamentos. Por exemplo, em baixas amplitudes de condução da vibração de 40 Hz, os superwalkers assumem uma configuração de cristal. À medida que a amplitude é aumentada gradualmente, os superwalkers começam a balançar, então perdem sua estrutura de cristal, e finalmente começam a ricochetear rapidamente como bolas de bilhar. Os pesquisadores compararam essa dinâmica às transições de fase sólido-líquido-gás, com a amplitude atuando como o parâmetro de temperatura.

Ao desafinar ligeiramente a frequência sub-harmônica para 39,5 Hz, os pesquisadores observaram os superwalkers exibindo movimento síncrono para e vai, em que todos eles andam em sincronia uns com os outros, e então pare ao mesmo tempo, e depois caminhe novamente. Os pesquisadores explicam que esse comportamento ocorre porque a diferença de fase continuamente variável entre as duas frequências faz com que os superwalkers alternem entre os regimes de superwalking e de salto.

Os pesquisadores esperam que pesquisas futuras revelem mais informações sobre as características quânticas dos superwalkers.

"Essas gotículas ambulantes formam um sistema dinâmico fascinante em que a gota em cada salto cria uma onda em torno de si mesma, e essas ondas, por sua vez, guiam o movimento da gota, resultando em uma entidade de gota de onda em movimento, "Valani disse." Foi demonstrado que os caminhantes imitam várias características quânticas, e será interessante explorar como os superwalkers se comportam em tais experimentos. "

© 2019 Science X Network