Uma nova técnica para estudar vórtices em fluidos quânticos foi desenvolvida por físicos de Lancaster.

Andrew Guthrie, Sergey Kafanov, Theo Noble, Yuri Pashkin, George Pickett e Viktor Tsepelin, em colaboração com cientistas da Universidade Estadual de Moscou, usou minúsculos ressonadores mecânicos para detectar vórtices quânticos individuais no hélio superfluido.

Seu trabalho está publicado no volume atual de Nature Communications .

Esta pesquisa sobre turbulência quântica é mais simples do que turbulência no mundo real, que é observado em fenômenos cotidianos como assurf, rios de fluxo rápido, nuvens de tempestade ondulantes, ou fumaça de chaminé. Apesar de ser tão comum e ser encontrado em todos os níveis, das galáxias ao subatômico, ainda não é totalmente compreendido.

Os físicos conhecem as equações fundamentais de Navier-Stokes que governam o fluxo de fluidos, como ar e água, mas apesar de séculos de tentativas, as equações matemáticas ainda não podem ser resolvidas.

A turbulência quântica pode fornecer as pistas para uma resposta.

A turbulência em fluidos quânticos é muito mais simples do que sua contraparte clássica "bagunçada", e sendo feito de vórtices idênticos quantizados individualmente, pode ser pensado como uma "teoria atômica" do fenômeno.

Inutilmente, turbulência em sistemas quânticos, por exemplo, no superfluido hélio 4, ocorre em escalas microscópicas, e até agora os cientistas não tiveram ferramentas com precisão suficiente para sondar redemoinhos tão pequenos.

Mas agora a equipe Lancaster, trabalhando a uma temperatura de alguns milésimos de grau acima do zero absoluto, tem aproveitado a nanociência para permitir a detecção de vórtices quânticos únicos (com tamanhos de núcleo no mesmo nível de diâmetros atômicos) usando uma "corda de guitarra" em nanoescala no superfluido.

O que a equipe faz é capturar um único vórtice ao longo do comprimento da "corda" (uma barra de cerca de 100 nanômetros de diâmetro). A frequência ressonante da barra muda quando um vórtice é capturado, e, assim, a taxa de captura e liberação de vórtices pode ser seguida, abrindo uma janela para a estrutura turbulenta.

O Dr. Sergey Kafanov, que iniciou esta pesquisa, disse:"Os dispositivos desenvolvidos têm muitos outros usos, uma delas é fazer o ping no final de um vórtice parcialmente preso para estudar as oscilações em nanoescala do núcleo do vórtice. Esperamos que os estudos contribuam para a nossa compreensão da turbulência e possam fornecer pistas sobre como resolver essas equações teimosas. "