Resumo:
A comunidade da física fez um grande avanço no campo da pesquisa sobre estados extremos da matéria. A equipe de pesquisa científica mediu com sucesso as propriedades microscópicas de um material quântico extraordinário que não pode ser contido em nenhum recipiente tradicional pela primeira vez com alta precisão - o hélio superfluido. Este resultado experimental não apenas supera os problemas de medição que têm atormentado a comunidade física há décadas, mas também abre novas maneiras de explorar profundamente a mecânica quântica dos fluidos e a evolução da matéria em ambientes extremos.
Quando o hélio líquido é resfriado a um ponto de transição crítico próximo ao zero absoluto (273,15 graus Celsius negativos), ocorre uma transição de fase quântica para um estado superfluido. As substâncias em estado superfluido perdem completamente a viscosidade e não geram nenhuma resistência ao atrito durante o fluxo. Esta propriedade extrema de ausência de atrito dá aos superfluidos a incrível capacidade de escalar paredes: eles podem formar uma película microscópica extremamente fina ao longo da parede de um béquer ou câmara de teste que o contém e subir e fluir pela borda do recipiente, de modo que fisicamente nenhum recipiente convencional pode selá-lo e restringi-lo completamente. Durante muito tempo, esta escalada espontânea e a incapacidade de ser acomodado estaticamente tornaram extremamente difícil para os investigadores medirem de forma estável os seus parâmetros termodinâmicos e de dinâmica quântica microscópica sem interferência de efeitos de fronteira.
Para superar essa limitação experimental, os físicos projetaram uma solução inovadora de suspensão e detecção sem contato. A equipe experimental usou tecnologia de levitação magnética supercondutora e um sistema de pinça óptica de precisão para suspender vestígios de gotículas de hélio superfluido no espaço em um vácuo ultra-alto e ambiente de temperatura extremamente baixa, rompendo completamente qualquer contato com a superfície de um recipiente sólido. Posteriormente, os pesquisadores usaram sondas de laser extremamente fracas e sensores de ressonância supercondutores ultrassensíveis para conduzir monitoramento em tempo real de altíssima precisão sem precedentes do movimento do vórtice quântico, velocidade microscópica de propagação de ondas sonoras e energia de excitação de quase partículas dentro das gotículas suspensas.
Os resultados experimentais fornecem pela primeira vez os parâmetros puramente físicos de um superfluido sem interação na superfície do recipiente, confirmando muitas previsões de ponta sobre fluxo desimpedido e coerência quântica macroscópica na teoria quântica de muitos corpos. A equipe de pesquisa apontou que esta medição não é apenas decisiva para o aprimoramento da teoria física básica, mas o mecanismo de fluxo microscópico que ela revela também fornecerá suporte de dados importantes para a próxima geração de giroscópios quânticos ultrassensíveis, a arquitetura de resfriamento de dispositivos de computação quântica supercondutores e a simulação de matéria nuclear superfluida dentro de estrelas de nêutrons em astrofísica.
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