Cientistas do National High Magnetic Field Laboratory, sediada na Florida State University, fizeram uma descoberta na dinâmica dos fluidos que realmente vale a pena abrir uma garrafa de vinho fino.

Wei Guo, professor associado de engenharia mecânica na FAMU-FSU College of Engineering, e o assistente de pesquisa de pós-graduação do MagLab, Toshiaki Kanai, publicou um novo estudo na revista Cartas de revisão física que lança luz sobre como os fluidos quânticos - também chamados de superfluidos - se fundem. Acontece que eles usam um mecanismo de saca-rolhas.

No nível atômico, esses fluidos obedecem a um conjunto totalmente diferente de regras que surgem no ultrabaixo, ou criogênico, temperaturas. Nesse caso, essa temperatura oscila em torno de -273 graus Celsius (cerca de -460 graus Fahrenheit), muito mais frio do que em qualquer lugar da Terra. Esse ambiente só pode ser alcançado com grande esforço em laboratórios especiais.

Em outras palavras, fluidos quânticos, também chamados de superfluidos, são realmente bizarros. Eles também são de grande interesse para os cientistas, em parte porque existem no cosmos - em estrelas de nêutrons e, possivelmente, na matéria escura.

"Estrelas de nêutrons, essencialmente, são grandes, superfluido rotativo cai, e essas gotas podem se fundir, "disse Guo, um físico treinado que supervisiona o Grupo de Pesquisa Criogênica do MagLab. "Então, fizemos a pergunta:o que acontece quando gotas de superfluido em rotação se fundem? Como a rotação é transferida de uma para a outra?"

A resposta que obtiveram, com base em simulações numéricas, foi uma grande surpresa. Os resultados mostraram que a rotação desses fluidos tinha pouca semelhança com a dinâmica de fluidos clássica. Contudo, pode ser apreciado por qualquer um que goste de uma taça ocasional de gewürztraminer:O mecanismo era um saca-rolhas.

O superfluido que modelaram era um condensado de Bose-Einstein. BECs são um estado da matéria totalmente diferente do ar, líquido, sólido ou plasma, formado pelo resfriamento de um gás de densidade muito baixa até quase zero absoluto, a temperatura mais baixa possível. Neste estado frígido, os átomos, sugou quase toda a sua energia, essencialmente agir como um. Eles têm viscosidade zero; um BEC flui sem dissipar qualquer energia.

Em nosso mundo clássico, quando uma gota de chuva giratória cai em um corpo de água parado, o movimento rotacional e o momento angular da gota de chuva são transferidos para a água em que ela se espalha por meio de estruturas giratórias que conhecemos como redemoinhos.

Mas quando Kanai criou um modelo para ver o que acontece no mundo quântico quando uma gota giratória de BEC se funde com uma estática, não havia sinal de redemoinhos ou vórtices. No entanto, houve uma transferência de movimento.

"Os vórtices permaneceram na queda giratória, mas não foram transferidos para o topo, "Guo explicou." Mas de alguma forma o movimento rotacional e o momento angular foram transferidos para a outra região. Portanto, sentimos que deve haver algum mecanismo diferente desempenhando esse papel. Uma estrutura estranha apareceu na interface das duas gotas - estranha porque não aparece no convencional, fluidos viscosos. "

Essa estrutura estranha:um saca-rolhas.

"A estrutura funciona como um saca-rolhas, "exercendo um torque, Guo explicou. "Ele gera o movimento rotacional no topo, estático, e, em seguida, diminui a rotação do inferior. Desta maneira, a rotação é transferida de baixo para cima. "

Os resultados foram duplamente emocionantes, disse Kanai, que parecia um pouco atordoado por já ser o autor principal de uma publicação enquanto ainda era estudante de graduação em física no estado da Flórida.

"Depois de observarmos a estrutura do saca-rolhas pela primeira vez, tínhamos tantas perguntas, "disse ele." O que causa esta estrutura? Como a estrutura afeta a dinâmica? Portanto, a descoberta em si foi muito interessante; mas depois disso, compreender a descoberta também foi muito emocionante. "

Guo disse que seu trabalho pode lançar luz sobre outras áreas de pesquisa - matéria escura e estrelas de nêutrons no nível cosmológico e, no nível quântico, o desenvolvimento de tecnologias baseadas em BEC, como sensores ou computadores quânticos, um campo emergente chamado atomtrônica.

"Isso pode fornecer aos astrofísicos algumas informações sobre que tipo de estruturas eles devem olhar quando observam o céu, "Guo disse.

Então, da próxima vez que você abrir uma garrafa de vinho e admirar sua viscosidade enquanto ela gira em torno de seu copo, elevar uma torrada ao torque, para bizarro, Inviscid Bose-Einstein condensados ​​e as maravilhas sem fim da ciência.