De acordo com um estudo recente da Universidade de Helsinque, publicado na revista Physical Review Letters , um vórtice de um superfluido que foi quantizado quatro vezes tem três formas de divisão, dependendo da temperatura.



O fluido se transforma em um superfluido próximo ao ponto zero absoluto de temperatura (aproximadamente -273°C). As forças de resistência internas, como o atrito, desaparecem. Neste ponto, o comportamento do fluido não pode mais ser descrito pela mecânica clássica; em vez disso, a física quântica deve ser aplicada.

Quando um superfluido é girado, a rotação resultante nunca deve diminuir porque os superfluidos não têm viscosidade ou atrito. Isto foi experimentado em nível atômico usando hélio em rotação muito lenta, e foi observado que o superfluido, entretanto, acabou parando.

A razão é que a vorticidade de um superfluido torna-se quantizada:a rotação geral divide-se em pequenos vórtices – o momento angular é ao mesmo tempo quantizado e persistente e, portanto, não desaparece.

A rotação é restrita

Um vórtice regular – como a água drenada de uma pia – pode girar em seu eixo a qualquer velocidade, enquanto o momento angular de um vórtice quantizado é sempre proporcional a um número inteiro. Este número inteiro é chamado de número do enrolamento. Os números de enrolamento de vórtices individuais e quádruplos são um e quatro, respectivamente.

Um vórtice quádruplo quantizado se divide facilmente em quatro vórtices quantizados individualmente porque um vórtice quádruplo quantizado é mais instável devido à diminuição significativa da energia do sistema após a divisão. Menor energia significa um sistema mais estável.

O pesquisador doutoral Xin Li, da Universidade de Helsinque, investigou os processos de divisão de vórtices quadruplamente quantizados em seu trabalho recente. O que acontece quando um vórtice instável e quadruplamente quantizado pode existir em três temperaturas diferentes, todas ainda muito próximas do zero absoluto?

Três temperaturas, três formas de divisão

No estudo, observou-se que vórtices quádruplos quantizados possuem três formas de divisão, levando a três padrões diferentes. Embora estes padrões tenham sido identificados teoricamente em estudos anteriores, os resultados demonstraram pela primeira vez que a temperatura leva a diferentes processos de divisão.

A divisão foi modelada aplicando uma teoria relativamente nova ao fenômeno, conhecida como dualidade calibre/gravidade ou holografia. Esta dualidade permite um exame sistemático do impacto da temperatura de uma forma que se assemelha muito a uma situação realista.

O estudo indica que existem dois padrões observados na faixa de baixa temperatura, enquanto um terceiro padrão pode surgir se a temperatura aumentar ainda mais. Experimentalmente, dois destes padrões de divisão foram observados até agora, e os investigadores sugerem que a uma temperatura mais elevada, um novo padrão poderá tornar-se visível.

Mais informações: Shanquan Lan et al, Heating Up Quadruply Quantized Vortices:Splitting Patterns and Dynamical Transitions, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221602. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.01316
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

Fornecido pela Universidade de Helsinque