O 'espirrar' de um fluido quântico composto de luz e matéria revela propriedades do superfluido.

Uma equipe de físicos liderada pela Austrália criou com sucesso líquidos quânticos em um 'balde' formado por lasers de contenção.

"Espera-se que esses fluidos quânticos sejam tão ondulados quanto os oceanos, mas capturar imagens nítidas das ondas é um desafio experimental, "diz o autor principal, Dr. Eliezer Estrecho.

Liderado pela Australian National University (ANU), a equipe acidentalmente observou o movimento ondulado do fluido quântico em um balde controlado opticamente, ganhando novos insights das propriedades superfluidas intrigantes deste peculiar, sistema híbrido de matéria leve.

Superfluidez é o fluxo de partículas sem sofrer resistência, e é procurado por pesquisadores da FLEET para futuras aplicações em eletrônica de ultra baixa energia.

Encher o balde com o fluido quântico levou a espirrar

A equipe realizou os experimentos em um 'balde' feito a laser que captura partículas chamadas de exciton-polaritons, que são partículas híbridas de matéria leve em um semicondutor.

À medida que essas partículas esfriam, elas formam um objeto quântico gigante chamado condensado de Bose-Einstein (às vezes referido como o quinto estado da matéria), em que fenômenos quânticos podem ser vistos em uma escala macroscópica.

"O excesso de energia perdido pelas partículas de resfriamento não desaparece facilmente, então o condensado apresentará algum tipo de comportamento ondulado, que é aleatório para cada realização da condensação, "diz o autor correspondente Prof Elena Ostrovskaya.

Essa aleatoriedade torna difícil detectar as oscilações transitórias com as câmeras de imagem, uma vez que será média no experimento.

Contudo, fortuitamente, o 'balde' está inclinado.

"Na maioria dos experimentos, tentamos evitar a inclinação, uma vez que complica a análise, "diz o Dr. Estrecho.

“Mas, neste caso, a inclinação 'irritante' permitiu a observação da oscilação porque é favorável ao condensado espirrar ao longo da direção da inclinação.

A oscilação de sloshing foi observada tanto na posição quanto na quantidade de movimento do condensado, exibindo lindamente as leis da mecânica quântica em uma escala macroscópica que pode ser vista por um microscópio comum. Contudo, as oscilações são extremamente rápidas, de forma que só foi possível observá-los por meio de uma câmera com resolução temporal na escala de picossegundos.

Estudando a velocidade do som em superfluidos

A verdadeira beleza do experimento está na análise das frequências de oscilação, uma vez que está diretamente relacionada à velocidade do som e pode sondar as propriedades do superfluido do fluido quântico. Isso é especialmente relevante, uma vez que este fluido quântico peculiar pode existir à temperatura ambiente, e, portanto, é promissor para aplicativos de dispositivos.

Usando uma análise inteligente, a equipe extraiu a velocidade do som dos dados experimentais, e descobriu que é menor do que o esperado das teorias predominantes. A equipe argumentou que a discrepância surge da existência de um reservatório invisível de partículas semelhantes a matéria quente que interagem com as partículas híbridas de matéria leve.

Além disso, o experimento também fornece pistas sobre os possíveis efeitos que podem desacelerar o superfluido. Na temperatura de zero absoluto, espera-se que as oscilações nunca tenham fim, pois o sistema é um superfluido. Contudo, a temperatura finita, Este não é o caso, portanto, estudar as taxas de amortecimento das oscilações é essencial para compreender o superfluido.

Os resultados iniciais mostram que nem as partículas do reservatório, temperatura finita, ou o curto tempo de vida inerente dos exciton-polaritons pode apenas explicar as taxas de amortecimento observadas. Portanto, mais estudos teóricos que combinem esses efeitos e experimentos cuidadosamente controlados são necessários para melhor compreender o fluido quântico fora de equilíbrio.

Oscilações coletivas de baixa energia e o som de Bogoliubov em um condensado exciton-polariton foi publicado como uma sugestão do editor em Cartas de revisão física em fevereiro de 2021.