Investigadores da University of British Columbia, no Canadá, encontraram uma forma de imitar o esquivo efeito Schwinger utilizando hélio superfluido, onde pares de vórtices surgem espontaneamente em películas finas, em vez de pares electrão–positrão a emergirem do vácuo.
Em 1951, o físico Julian Schwinger teorizou que, ao aplicar um campo eléctrico uniforme a um vácuo, poderiam ser criados espontaneamente pares de electrões e positrões a partir do nada, através de um fenómeno conhecido como tunelamento quântico.
O problema em transformar esta teoria de “matéria a partir do nada” em replicadores ou transportadores dignos de Star Trek é que seriam necessários campos elétricos imensamente intensos — muito além dos limites de qualquer experiência física direta.
Por isso mesmo, o apropriadamente denominado Efeito Schwinger nunca chegou a ser observado.
Agora, físicos teóricos da University of British Columbia (UBC), no Canadá, descreveram, num estudo recentemente publicado na PNAS, um efeito paralelo num sistema bastante mais acessível.
No modelo que propõem, os autores do estudo substituem o vácuo por uma película fina de hélio superfluido, e o fluxo de fundo do superfluido por um campo elétrico de grande intensidade.
“O Hélio-4 superfluido é uma maravilha. Com apenas algumas camadas atómicas de espessura, pode ser arrefecido com grande facilidade até uma temperatura em que se encontra praticamente num estado de vácuo sem fricção“, explica Philip Stamp, teórico da UBC e autor principal do estudo, em comunicado.
“Quando fazemos esse vácuo sem fricção fluir, em vez de surgirem pares electrão–positrão, surgem espontaneamente pares vórtice / antivórtice, a rodar em direções opostas um ao outro”, acrescenta o investigador.
No artigo, Stamp e o colega Michael Desrochers detalham a teoria e a matemática por detrás deste modelo — traçando um caminho preciso para a realização de uma experiência direta.
O tunelamento do vácuo é um processo de grande interesse na mecânica quântica e na teoria quântica de campos. Na teoria quântica, o vácuo não é vazio: está preenchido por campos em flutuação, que podem dar origem ao aparecimento e desaparecimento temporário de partículas virtuais.
“Acreditamos que a película de Hélio-4 fornece um bom análogo para vários fenómenos cósmicos”, diz Stamp. “O vácuo no espaço profundo, os buracos negros quânticos, até os primórdios do próprio Universo. E são fenómenos a que nunca poderemos aceder de forma direta através de experiências”.
Ainda assim, Stamp sublinha que o verdadeiro interesse deste trabalho poderá estar menos nos análogos, que têm sempre limitações, e mais na forma como altera a nossa compreensão dos superfluidos e das transições de fase em sistemas bidimensionais.
“Estes são sistemas físicos reais, não apenas análogos. E podemos fazer experiências com eles” acrescenta Stamp.
A nível matemático, os investigadores tiveram de alcançar vários avanços para que a teoria funcionasse.
Por exemplo, trabalhos anteriores sobre vórtices em superfluidos tratavam a massa do vórtice como uma constante imutável. Stamp e Desrochers mostraram que essa massa varia de forma drástica à medida que os vórtices se deslocam, alterando profundamente a nossa compreensão dos vórtices tanto nos fluidos como no Universo primitivo.
“É entusiasmante perceber como e por que razão essa massa varia, e como isso afeta a nossa compreensão dos processos de tunelamento quântico, que são omnipresentes na física, na química e na biologia”, afirma Desrochers.
Stamp defende ainda que a mesma variabilidade de massa deverá ocorrer com os pares eletrão–positrão no efeito Schwinger, modificando assim a própria teoria de Schwinger — numa espécie de “vingança do análogo”.
