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Brasileiros desvendam efeitos da turbulência quântica

Brasileiros desvendam novos efeitos da turbulência quântica
Os átomos artificiais também podem ser feitos com luz, criando-se um superfóton, uma nova forma de luz só recentemente descoberta.[Imagem: Jan Klaers/University of Bonn]

Turbulência quântica

Pesquisadores do Instituto de Física da USP em São Carlos (SP) descobriram que uma nuvem de átomos do elemento químico rubídio preserva aspectos do seu comportamento ondulatório mesmo depois de ter sido perturbada pela geração de vórtices e evoluir para uma condição de turbulência.

Essas nuvens superfrias de átomos são usadas para criar condensados de Bose-Einstein, quando todos os átomos do elemento passam a se comportar como se fosse um átomo único - uma superpartícula, ou um átomo artificial.

Além de essenciais para o estudo de aspectos fundamentais da física, esses átomos artificiais têm sido importantes nas pesquisas da computação quântica. Quando funcionam como qubits, o mais importante é que esses aglomerados atômicos mantenham-se coerentes - coesos -, o que torna qualquer perturbação um elemento indesejável.

Curiosamente, os físicos agora descobriram que a perda de coerência não é tão generalizada quanto se pensava - como todo o mundo tentava manter os átomos artificiais protegidos contra qualquer interferência, até agora não se sabia qual seria o resultado da introdução de uma grande desordem nesse tipo de sistema. A equipe vem estudando a turbulência quântica desde 2009.

Grânulos

Os pesquisadores constataram que, à medida que a nuvem de átomos de rubídio se expande, surge um padrão granular, conhecido como speckle - um salpicado de pequenas manchas ou pontos -, característico da interferência de ondas, como a que ocorre quando a luz laser é projetada em um anteparo.

Para introduzir a turbulência quântica na nuvem, os físicos aplicaram um campo magnético para induzir a formação de vórtices e, em seguida, desligaram a armadilha magnética que mantém os átomos presos. É nesse momento de instabilidade que surge o speckle.

O que se verificou foi que, enquanto no caso de um laser projetado em um anteparo, o speckle é bidimensional, na amostra de átomos resfriados de rubídio o salpicado apresenta a forma de grânulos em três dimensões.

"Esta foi a primeira vez que se observou speckles tridimensionais," disse o professor Vanderlei Bagnato.

"Essa é uma situação nova em física, que poderá revelar efeitos ainda não investigados," acrescentou o pesquisador Pedro Ernesto Tavares. Por exemplo, o padrão granular de manchas bidimensionais gerado por laser hoje é amplamente empregado para caracterizar superfícies de materiais. Os grânulos tridimensionais poderão ajudar a aprofundar essas caracterizações.

Bibliografia:

Matter wave speckle observed in an out-of-equilibrium quantum fluid
Pedro E. S. Tavares, Amilson R. Fritsch, Gustavo D. Telles, Mahir S. Hussein, François Impens, Robin Kaiser, Vanderlei S. Bagnato
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 114 no. 48
DOI: 10.1073/pnas.1713693114




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