No mundo dos materiais comuns de uso diário, o calor tende a se espalhar a partir de uma fonte localizada. Coloque um carvão em chamas em uma panela com água e a temperatura do líquido aumentará lentamente antes que seu calor se dissipe. Mas o mundo está cheio de materiais raros e exóticos que não obedecem exatamente a essas regras térmicas.
Em vez de se espalharem como seria de esperar, estes gases quânticos superfluidos “espalham” o calor de um lado para o outro – propagando-se essencialmente como uma onda. Os cientistas chamam este comportamento de “segundo som” do material (o primeiro é o som comum através de uma onda de densidade). Embora este fenômeno já tenha sido observado antes, nunca foi fotografado. Mas recentemente, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) conseguiram finalmente capturar este movimento de calor puro, desenvolvendo um novo método de termografia (também conhecido como mapeamento de calor).
Os resultados deste estudo foram publicados na semana passada na revista Science, e num comunicado de imprensa da universidade destacando a conquista, o professor assistente e co-autor do MIT, Richard Fletcher, continuou a analogia da panela fervente para descrever a estranheza inerente do “segundo som” nestes superfluidos exóticos.
Fletcher disse:
“É como se você tivesse um tanque de água e metade dele quase fervesse. Se você observar, a água em si pode parecer totalmente calma, mas de repente o outro lado fica quente, e então o outro lado fica quente, e o calor vai e volta, enquanto a água parece totalmente parada.”
Esses superfluidos são criados quando uma nuvem de átomos é submetida a temperaturas ultrafrias próximas do zero absoluto (-273º C). Neste estado raro, os átomos comportam-se de forma diferente, pois criam um fluido essencialmente livre de atrito. É neste estado sem atrito que se teorizou que o calor se propaga como uma onda.
O autor principal, Martin Zwierlein, informou em um comunicado à imprensa:
“O segundo som é a marca registrada da superfluidez, mas até agora em gases ultrafrios você só podia vê-lo neste fraco reflexo das ondulações de densidade que o acompanham. O caráter da onda de calor não pôde ser comprovado antes.”
Para finalmente capturar este segundo som em ação, Zweierlein e a sua equipe tiveram que pensar fora da caixa térmica habitual, pois há um grande problema ao tentar monitorizar o calor de um objeto ultrafrio – ele não emite a radiação infravermelha habitual. Assim, os cientistas do MIT conceberam uma forma de aproveitar as frequências de rádio para rastrear certas partículas subatômicas conhecidas como “férmions de lítio-6”, que podem ser capturadas através de diferentes frequências em relação à sua temperatura (ou seja, temperaturas mais quentes significam frequências mais altas e vice-versa). Esta nova técnica permitiu aos investigadores concentrarem-se essencialmente nas frequências “mais quentes” (que ainda eram muito frias) e acompanhar a segunda onda resultante ao longo do tempo.
Isso pode parecer um grande “e daí?” Afinal, quando foi a última vez que você teve um encontro próximo com um gás quântico superfluido? Mas pergunte a um cientista de materiais ou astrônomo e você obterá uma resposta totalmente diferente.
Embora os superfluidos exóticos possam não preencher nossas vidas (ainda), compreender as propriedades do movimento da segunda onda pode ajudar nas questões relacionadas aos supercondutores de alta temperatura (novamente, ainda em temperaturas muito baixas) ou à física confusa que está no coração das estrelas de nêutrons.
(Fonte)
Colaboração: MaryH
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