Cientistas da Escola de Pós-Graduação em Ciências de Engenharia da Universidade de Osaka mostraram como as nanopartículas de silício podem ficar presas dentro dos vórtices que se formam dentro do hélio superfluido. Este trabalho abre novas possibilidades na pesquisa óptica para outras propriedades quânticas do hélio superfluido, como a manipulação óptica de vórtices quantizados devido à forte interação entre a luz e as nanopartículas de silício.
As regras da mecânica quântica podem parecer muito estranhas para nós, com partículas que às vezes agem como ondas e vice-versa. Normalmente, esperamos que o comportamento quântico estranho seja limitado a escalas muito pequenas. No entanto, quando certos materiais, como o hélio-4, são resfriados a temperaturas muito baixas, a ondulação tem efeitos que são aparentes mesmo em escalas macroscópicas.

Este hélio "super-resfriado" é um exemplo de condensação de Bose-Einstein, na qual as ondas que representam os átomos se sobrepõem até que todo o fluido aja quase como uma única partícula. Este processo não tem análogo clássico e é um sistema útil para testar teorias da mecânica quântica, porque a transição para um superfluido em hélio-4 ocorre em temperaturas relativamente acessíveis. No entanto, ainda há a necessidade de ser capaz de visualizar o movimento do superfluido.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka usou nanopartículas de silício para ajudar a mostrar as características do hélio superfluido, semelhante a jogar seixos para ajudar a visualizar o fluxo de água em uma cachoeira. “Fomos capazes de fornecer evidências experimentais diretas de que nanopartículas de silício densas são atraídas por vórtices quantizados e se estabilizam ao longo do núcleo do vórtice”, diz o primeiro autor Yosuke Minowa.

Uma das propriedades especiais do hélio superfluido é que qualquer movimento rotacional só pode ocorrer na forma de vórtices quantizados. Estes são pequenos redemoinhos discretos, cada um carregando uma quantidade fixa de momento angular. Os cientistas usaram a técnica de nanopartículas para estudar o processo de reconexão de vórtices, no qual linhas de vórtices se unem e trocam suas partes. Por causa da dispersão da luz das nanopartículas, as linhas de vórtice eram claramente visíveis.

"Nossa técnica proposta nos permite usar muitos materiais diferentes como partículas traçadoras de vórtices quantizados", explica Minowa. Estudar vórtices quantizados em hélio superfluido pode ajudar os cientistas a entender melhor sistemas quânticos mais exotéricos, como a corrente crítica em supercondutores de alta temperatura.

O artigo, "Visualization of quantized vortex reconnection enabled by laser ablation", foi publicado em Science Advances . + Explorar mais

Agitando um superfluido com um laser