Cientistas do MIT capturaram pela primeira vez sinais de um “segundo som” diretamente em um superfluido. O fenômeno bizarro ocorre quando o calor viaja como ondas sonoras através de um estado incomum da matéria. Na nossa experiência diária, a energia térmica escapa para o ambiente. O objeto mais quente esfria até a temperatura de outros materiais próximos enquanto os aquece até que o equilíbrio seja alcançado. No entanto, em materiais não convencionais, a física pode funcionar de maneiras contra-intuitivas.

Cientistas do MIT observam diretamente o estranho efeito do calor nos superfluidos Jose-Luis Olivares, MIT

Um superfluido é um estado raro da matéria que possui viscosidade zero, o que significa que a matéria pode fluir sem qualquer resistência ou atrito. Há muito se previu que o calor deveria ser capaz de fluir em superfluidos como ondas sonoras, daí o nome "segundo som", mas isso não foi observado diretamente até agora.

“É como se você tivesse um tanque de água e metade dele quase fervesse”, disse o autor do estudo, Richard Fletcher, professor assistente. "Se você olhar, a água em si pode parecer completamente parada, mas de repente o outro lado fica quente, e então o outro lado fica quente novamente, e o calor flui para frente e para trás, enquanto a água parece completamente parada.

O primeiro som ilustra como as ondas sonoras oscilam juntas em fluidos e superfluidos comunsO segundo som ilustra como o calor oscila de uma extremidade a outra através de um superfluido, conforme detectado em novo estudo

Para visualizar esse fenômeno, os pesquisadores tiveram que criar uma forma totalmente nova de detectar calor. Normalmente seriam usados ​​sensores infravermelhos, mas a criação de um superfluido requer o resfriamento do gás quântico até quase o zero absoluto, e a radiação infravermelha não é emitida em temperaturas tão baixas. Então a equipe recorreu ao rádio.

Os pesquisadores usaram um gás quântico composto por férmions de lítio-6 e descobriram que quanto maior a temperatura desses férmions, maior a frequência com que eles ressoam. A equipe aplicou frequências de rádio mais altas ao gás, o que fez com que os férmions mais quentes dentro dele ressoassem em resposta. Ao rastrear quais férmions ressoam em momentos diferentes, os cientistas podem captar o “segundo som” à medida que as ondas de calor oscilam para frente e para trás.

Martin Zwierlein, primeiro autor do estudo, disse: "Pela primeira vez podemos tirar fotos desta substância enquanto ela esfria até a temperatura crítica do superfluido e ver diretamente como ela muda de um fluido comum com um equilíbrio térmico enfadonho para um superfluido com calor deslizando para frente e para trás."

A equipe diz que a observação deste estranho fenômeno pode ajudar os cientistas a compreender melhor a condutividade do calor em estados mais raros da matéria, incluindo supercondutores e estrelas de nêutrons, e, por sua vez, ajudá-los a projetar sistemas melhores.

A pesquisa foi publicada na revista Science.