Geralmente, quando algo é aquecido, o calor tende a se espalhar para o exterior antes de eventualmente se dissipar. No entanto, as coisas são um pouco diferentes no mundo dos gases quânticos superfluidos. Pela primeira vez, cientistas conseguiram capturar imagens de como o calor se propaga em forma de onda, conhecida como “segundo som”, através desse fluido exótico. Compreender essa dinâmica pode ajudar a responder perguntas sobre supercondutores de alta temperatura e estrelas de nêutrons.
No mundo dos materiais comuns, o calor tende a se espalhar a partir de uma fonte localizada. Por exemplo, se você deixar cair um carvão em brasa em uma panela de água, o líquido aumentará lentamente de temperatura antes que o calor se dissipe. No entanto, o universo está repleto de materiais raros e exóticos que não seguem essas regras térmicas convencionais. Em vez de se espalhar como seria de se esperar, esses gases quânticos superfluidos “balançam” o calor de um lado para o outro, propagando-o essencialmente como uma onda. Os cientistas chamam esse comportamento de “segundo som” (o primeiro som sendo a onda de densidade comum). Embora esse fenômeno já tenha sido observado antes, nunca havia sido visualizado. Recentemente, cientistas conseguiram capturar esse movimento de calor puro desenvolvendo um novo método de termografia (ou mapeamento de calor).
O professor assistente e coautor Richard Fletcher usou uma analogia com uma panela de água fervente para descrever a estranheza inerente do “segundo som” nesses superfluidos exóticos. “É como se você tivesse um tanque de água e aquecesse uma metade quase até ferver”, disse Fletcher. “Se você observasse, a água em si poderia 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 completamente parada.”
Esses superfluidos são criados quando uma nuvem de átomos é submetida a temperaturas ultrabaixas, próximas ao zero absoluto (−273,15°C). Nesse estado raro, os átomos se comportam de maneira diferente, criando um fluido essencialmente sem atrito. É nesse estado sem atrito que o calor foi teorizado para se propagar como uma onda. “O segundo som é a marca registrada da superfluidez, mas em gases ultrafrios até agora você só podia vê-lo nesse leve reflexo das ondulações de densidade que o acompanham”, disse o autor Martin Zwierlein em um comunicado. “O caráter da onda de calor não podia ser comprovado antes.”
Para finalmente capturar o segundo som em ação, Zwierlein e sua equipe tiveram que pensar fora da caixa térmica usual, pois há um grande problema ao tentar rastrear o calor de um objeto ultrafrio: ele não emite a radiação infravermelha usual. Assim, os cientistas projetaram uma maneira de aproveitar as frequências de rádio para rastrear certas partículas subatômicas conhecidas como “férmions de lítio-6”, que podem ser capturadas por diferentes frequências em relação à sua temperatura (ou seja, temperaturas mais altas significam frequências mais altas, e vice-versa). Essa técnica inovadora permitiu que os pesquisadores se concentrassem nas frequências “mais quentes” (que ainda estavam muito frias) e rastreassem a onda de calor resultante ao longo do tempo. Essa descoberta pode parecer um tanto abstrata. Afinal, quando foi a última vez que você teve um encontro próximo com um gás quântico superfluidido? No entanto, para um cientista de materiais ou astrônomo, a resposta seria bem diferente. Embora os superfluidos exóticos possam não fazer parte do nosso cotidiano (ainda), entender as propriedades do movimento da segunda onda pode ajudar a responder questões sobre supercondutores de alta temperatura (ainda em temperaturas muito baixas) ou a física complexa que reside no coração das estrelas de nêutrons.
