Uma colaboração internacional de cientistas criou e observou uma classe inteiramente nova de vórtices – as massas rodopiantes de fluido ou ar.
Liderado por pesquisadores do Amherst College, nos EUA, e da Universidade de East Anglia e da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, seu novo artigo detalha os primeiros estudos de laboratório desses redemoinhos "exóticos" em um gás ultrafrio de átomos a temperaturas tão baixas quanto dezenas de bilionésimos de um grau acima do zero absoluto.

A descoberta, anunciada esta semana na revista Nature Communications , pode ter implicações futuras interessantes para implementações de informação quântica e computação.

Os vórtices são objetos familiares na natureza, desde os redemoinhos de água no ralo de uma banheira até o fluxo de ar em torno de um furacão.

Em sistemas de mecânica quântica, como um condensado atômico de Bose-Einstein, os vórtices tendem a ser minúsculos e sua circulação ocorre em unidades discretas e quantizadas. Esses vórtices têm sido objetos de fascínio para os físicos e ajudaram a iluminar as propriedades incomuns de superfluidez e supercondutividade.

A natureza incomum dos redemoinhos observados aqui, no entanto, é devido às simetrias no gás quântico. Uma propriedade especialmente fascinante das teorias físicas, da cosmologia às partículas elementares, é o aparecimento de mundos assimétricos apesar das perfeitas simetrias subjacentes. Por exemplo, quando a água congela, moléculas desordenadas em um líquido se organizam em uma matriz periódica.

A simetria espacial de um sistema geralmente é facilmente identificada – por exemplo, um favo de mel tem um arranjo periódico de células com simetria hexagonal. Embora o meio de vórtice usado neste novo trabalho seja um fluido em vez de uma matriz sólida, ele também possui um conjunto interno de simetrias discretas ocultas. Por exemplo, um dos gases ultrafrios da equipe tinha a simetria quádrupla de um quadrado, e outro tinha a simetria tetraédrica de um dado de quatro lados, familiar aos jogadores de jogos de fantasia em todos os lugares.

"O fluxo de massa e a simetria subjacente do fluido interagem entre si de maneiras interessantes", disse o Dr. Magnus Borgh, Professor Associado de Física da UEA.

"Uma consequência é que, se as posições de dois vórtices forem trocadas, elas podem deixar um rastro do processo que permanece no fluido. Esse rastro liga os vórtices em interação permanentemente, como um degrau em uma escada."

"Nenhum fluido comum se comporta assim, e pode ser que objetos análogos só existam nas profundezas das estrelas de nêutrons", acrescentou o professor Janne Ruostekoski, da Universidade de Lancaster. De fato, a equipe diz que esses vórtices criados vão além do estado da arte.

"Em parte, são essas conexões com os domínios estranhos da física que tornam nosso trabalho atraente", disse o professor David Hall, do Amherst College. "E em parte é a nossa apreciação humana da simetria."

Observar esses comportamentos diretamente se tornou o foco da pesquisa da equipe, cuja parte experimental é baseada no Amherst College.

"Temos a sorte de ter alunos extremamente talentosos e dedicados que podem fazer esses tipos de experimentos desafiadores", disse o professor Hall, dando crédito em particular a Arthur Xiao, o principal autor do estudo. + Explorar mais

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