Superfluidez - Superfluidity
| Física de matéria condensada |
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| Fases · Transição de fase · QCP |
A superfluidez é a propriedade característica de um fluido com viscosidade zero que, portanto, flui sem qualquer perda de energia cinética . Quando agitado, um superfluido forma vórtices que continuam a girar indefinidamente. A superfluidez ocorre em dois isótopos de hélio ( hélio-3 e hélio-4 ) quando eles são liquefeitos por resfriamento a temperaturas criogênicas . É também uma propriedade de vários outros estados exóticos da matéria teorizados para existir na astrofísica , física de alta energia e teorias da gravidade quântica . A teoria da superfluidez foi desenvolvida pelos físicos teóricos soviéticos Lev Landau e Isaak Khalatnikov .
A superfluidez costuma coincidir com a condensação de Bose-Einstein , mas nenhum dos fenômenos está diretamente relacionado ao outro; nem todos os condensados de Bose-Einstein podem ser considerados superfluidos, e nem todos os superfluidos são condensados de Bose-Einstein.
Superfluidez de hélio líquido
A superfluidez foi descoberta no hélio-4 por Pyotr Kapitsa e independentemente por John F. Allen e Don Misener . Desde então, foi descrito por meio da fenomenologia e de teorias microscópicas. No hélio-4 líquido, a superfluidez ocorre em temperaturas muito mais altas do que no hélio-3 . Cada átomo de hélio-4 é uma partícula de bóson , em virtude de seu spin inteiro . Um átomo de hélio-3 é uma partícula de férmion ; ela pode formar bósons apenas emparelhando-se com outra partícula como ela mesma em temperaturas muito mais baixas. A descoberta da superfluidez no hélio-3 foi a base para a concessão do Prêmio Nobel de Física de 1996 . Este processo é semelhante ao emparelhamento de elétrons na supercondutividade .
Gases atômicos ultracold
A superfluidez em um gás fermiônico ultracold foi experimentalmente comprovada por Wolfgang Ketterle e sua equipe, que observaram vórtices quânticos em lítio-6 a uma temperatura de 50 nK no MIT em abril de 2005. Esses vórtices haviam sido observados anteriormente em um gás bosônico ultracold usando rubídio-87 em 2000, e mais recentemente em gases bidimensionais . Já em 1999, Lene Hau criou esse condensado usando átomos de sódio com o objetivo de diminuir a luz e, mais tarde, interrompê-la completamente. Sua equipe posteriormente usou este sistema de luz comprimida para gerar o superfluido análogo de ondas de choque e tornados:
Essas excitações dramáticas resultam na formação de solitons que, por sua vez, decaem em vórtices quantizados - criados muito fora do equilíbrio, em pares de circulação oposta - revelando diretamente o processo de quebra do superfluido nos condensados de Bose-Einstein. Com uma configuração de bloqueio de luz duplo, podemos gerar colisões controladas entre ondas de choque, resultando em excitações não lineares completamente inesperadas. Observamos estruturas híbridas que consistem em anéis de vórtice embutidos em conchas solitônicas escuras. Os anéis de vórtice atuam como 'hélices fantasmas' levando a uma dinâmica de excitação muito rica.
- Lene Hau, Conferência SIAM sobre ondas não lineares e estruturas coerentes
Superfluidos em astrofísica
A ideia de que a superfluidez existe dentro das estrelas de nêutrons foi proposta pela primeira vez por Arkady Migdal . Por analogia com elétrons dentro de supercondutores formando pares de Cooper devido à interação elétron-rede, espera-se que núcleons em uma estrela de nêutrons em densidade suficientemente alta e baixa temperatura também possam formar pares de Cooper por causa da força nuclear atrativa de longo alcance e levar à superfluidez e supercondutividade.
Em física de alta energia e gravidade quântica
A teoria do vácuo de superfluido (SVT) é uma abordagem em física teórica e mecânica quântica em que o vácuo físico é visto como superfluido.
O objetivo final da abordagem é desenvolver modelos científicos que unificam a mecânica quântica (descrevendo três das quatro interações fundamentais conhecidas) com a gravidade . Isso torna o SVT um candidato à teoria da gravidade quântica e uma extensão do modelo padrão .
Espera-se que o desenvolvimento de tal teoria unifique em um único modelo consistente de todas as interações fundamentais e descreva todas as interações conhecidas e partículas elementares como diferentes manifestações da mesma entidade, o vácuo superfluido.
Na escala macro, um fenômeno semelhante maior foi sugerido como ocorrendo nas murmurações dos estorninhos . A rapidez da mudança nos padrões de voo imita a mudança de fase que leva à superfluidez em alguns estados líquidos.
Veja também
- Boojum (superfluidez)
- Física de matéria condensada
- Fenômenos quânticos macroscópicos
- Hidrodinâmica quântica
- Luz lenta
- Supercondutividade
- Supersólido
Referências
Leitura adicional
- Khalatnikov, Isaac M. (2018). Uma introdução à teoria da superfluidez . CRC Press. ISBN 978-0-42-997144-0.
- Annett, James F. (2005). Supercondutividade, superfluidos e condensados . Oxford: Oxford Univ. Pressione. ISBN 978-0-19-850756-7.
- Guénault, Antony M. (2003). Superfluidos básicos . Londres: Taylor & Francis. ISBN 0-7484-0891-6. Guenault, Tony (28 de novembro de 2002). Edição pbk de 2002 . ISBN 9780748408917.
- Svistunov, BV, Babaev ES , Prokof'ev NV Superfluid States of Matter
- Volovik, GE (2003). O Universo em uma gota de hélio . Int. Ser. Monogr. Phys. 117 . pp. 1–507. ISBN 978-0-19-850782-6; edição hbkCS1 maint: postscript ( link ) Volovik, Grigory E. (6 de março de 2003). Edição pbk de 2003 . ISBN 9780198507826.
links externos
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Citações relacionadas à Superfluidez no Wikiquote -
Mídia relacionada à Superfluidez no Wikimedia Commons - Vídeo: demonstração de hélio superfluido (Alfred Leitner, 1963, 38 min.)
- Superfluidez observada em um gás fermi 2d observação recente de 2021 relevante para supercondutores de Cuprato
