Todo fluido – desde a atmosfera da Terra até o sangue bombeado pelo corpo humano – tem viscosidade, uma característica quantificável que descreve como o fluido se deformará quando encontrar alguma outra matéria. Se a viscosidade for maior, o fluido flui calmamente, estado conhecido como laminar. Se a viscosidade diminuir, o fluido sofre a transição de fluxo laminar para turbulento.



O grau de fluxo laminar ou turbulento é conhecido como número de Reynolds, que é inversamente proporcional à viscosidade. A lei de similaridade dinâmica de Reynolds, também conhecida como similitude de Reynolds, afirma que se dois fluidos fluem em torno de estruturas semelhantes com escalas de comprimento diferentes, eles são hidrodinamicamente idênticos, desde que apresentem o mesmo número de Reynolds.

No entanto, esta semelhança de Reynolds não se aplica aos superfluidos quânticos, pois eles não têm viscosidade – pelo menos é o que os pesquisadores acreditam. Agora, um pesquisador do Instituto Nambu Yoichiro de Física Teórica e Experimental da Universidade Metropolitana de Osaka, no Japão, teorizou uma maneira de examinar a semelhança de Reynolds em superfluidos, o que poderia demonstrar a existência de viscosidade quântica em superfluidos.

Hiromitsu Takeuchi, professor da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade Metropolitana de Osaka, publicou sua abordagem na Physical Review B .

“Os superfluidos há muito são considerados uma exceção óbvia à semelhança de Reynolds”, disse o Dr. Takeuchi, explicando que a lei de semelhança de Reynolds afirma que se dois fluxos têm o mesmo número de Reynolds, então eles são fisicamente idênticos. "O conceito de viscosidade quântica derruba o senso comum da teoria dos superfluidos, que tem uma longa história de mais de meio século. Estabelecer semelhança em superfluidos é um passo essencial para unificar a hidrodinâmica clássica e quântica."

No entanto, os superfluidos quânticos podem ter turbulência, resultando em um dilema quântico:a turbulência nos fluidos requer dissipação, então como a turbulência dos superfluidos pode experimentar dissipação sem viscosidade? Eles devem ser dissipados e podem seguir a semelhança de Reynolds, mas a abordagem correta para examiná-la ainda não foi desenvolvida.

Essas características poderiam ser examinadas, teoriza o Dr. Takeuchi, analisando como uma esfera sólida cai em um superfluido. Ao combinar a velocidade terminal da queda da esfera com a resistência que a esfera encontra no fluido ao cair, os pesquisadores podem determinar um análogo para a semelhança de Reynolds. Isto significa que a viscosidade efetiva, chamada viscosidade quântica, pode ser medida.

"Este estudo se concentra em uma questão teórica na compreensão da turbulência quântica em superfluidos e mostra que a semelhança de Reynolds em superfluidos pode ser verificada medindo a velocidade terminal de um objeto caindo em um superfluido", disse o Dr.

"Se esta verificação puder ser feita, então isto sugere que a viscosidade quântica existe mesmo em superfluidos puros no zero absoluto. Mal posso esperar para ver isso verificado através da experimentação."

Mais informações: Hiromitsu Takeuchi, Viscosidade quântica e a semelhança de Reynolds de um superfluido puro, Revisão Física B (2024). DOI:10.1103/PhysRevB.109.L020502
Informações do diário: Revisão Física B

Fornecido pela Universidade Metropolitana de Osaka